Виды датчиков-уровнемеров для определения уровня жидкости в емкостях

Автоматизация с помощью датчиков уровня

У нас есть готовые  решения по автоматизации и диспетчеризации водоканалов, а также по мониторингу и контролю КНС, за коллекторами предприятий и по контролю за сбросом не охлажденной воды от ТЭЦ. Системы автономные и имеют архив.

Мы предлагаем системы централизованного наблюдения и управления скважинами и работой насосных механизмов. Использование наших приборов и систем позволяет пользователю получать достоверные данные о дебете скважины, расходе, уровне, давлении и прочих параметров.

Мы поставляем защищенный КИП. В том числе датчики уровня жидкости со взрывозащитой и искробезопасные преобразователи и реле для самых разных отраслей промышленности. Например, наши приборы способны функционировать при температуре воздуха ниже – 35*С или на опасном нефте  перерабатывающем участке производства.

Среди наших заказчиков почти все регионы России, например, города: Санкт‐Петербург, Москва, Новый Уренгой, Мурманск, Брянск, Нижний Новгород, Великий Новгород, Екатеринбург, Голицыно, Ханты‐Мансийск, Архангельск, Старый Оскол, Черкесск.

Каждый датчик уровня жидкости, представленный в нашем ассортименте, имеет надлежащую спецификацию и информацию о принципах действия и рекомендациях к применению, с которыми вы можете ознакомиться, прежде чем сделаете заказ. Это поможет вам определиться с выбором и познакомиться с возможностями каждого вида автоматики. Если вы затрудняетесь в выборе и хотите получить более широкую информацию по конкретным видам датчиков, преобразователей и реле уровня жидкости, наши квалифицированные специалисты предоставят вам необходимую консультацию.

«Полтраф СНГ» осуществляет поставки в Санкт-Петербурге, Москве, а также в другие регионы России и по странам СНГ.

Мониторинг уровня вод с использованием гидростатических датчиков уровня жидкости

Современную промышленность сложно представить без систем автоматизации и управления, значительную часть в которой занимают датчики, преобразователи и реле уровня жидкости. Они предназначены для установки в различных резервуарах для определения уровня жидких сред. Основное распространение этот вид датчиков получил в пищевой, химической и фармацевтической промышленности, а также при производстве промышленного и бытового оборудования (стиральных, посудомоечных машин, систем фильтрации и подачи воды и т. д.).

В зависимости от принципа действия датчики, преобразователи и реле уровня жидких сред классифицируют на два типа: контактные (поплавкового типа) и бесконтактные (электромагнитные, волоконно-оптические, емкостные, частотные, гидростатические и ультразвуковые).

Выбор датчиков уровня (уровнемеров)

В ассортименте продукции компании «Полтраф СНГ» вы можете купить датчики, преобразователи и реле уровня воды для измерения как одного заданного уровня, так и для непрерывного отслеживания изменения уровня воды в резервуаре. Это дает возможность автоматизировать сложные технологические системы и значительно упрощать производственный процесс, или работу оборудования.

Точность проводимых измерений, а также надежность и стоимость автоматики, напрямую зависят от типа датчика, а также условий его эксплуатации. Так, например, емкостные измерители уровня жидкости применяются в особо сложных условиях, для чего они дополнительно оснащены системами защиты от короткого замыкания и переполюсовки при подключении питания.

Пьезоэлектрические датчики уровня жидкости допускают использование при измерении любых типов жидкостей, включая возможность образования пара или пены. Наиболее недорогими типами датчиков являются ультразвуковые или радарные датчики жидкости, которые также отличаются высокой надежностью и защищенным от внешнего воздействия корпусом. Однако точность измерений такого датчика может составлять около +/− 3 мм.

Для сравнения волоконно-оптические датчики уровня жидких сред, цена которых значительно выше, чем у емкостных, обеспечивают точность +/− 0,5 мм. Кроме того оптические датчики позволяют выполнять измерения как в чистой так и в мутной жидкости. Датчики, преобразователи и реле уровня жидкости могут также быть отечественного и импортного производства, что также определят их стоимость.

Где используются гидростатические уровнемеры

Гидростатические датчики контроля уровня имеют простую конструкцию, отличаются невысокой стоимостью и надежностью работы. Широкий модельный ряд позволяет использовать их в любых отраслях, связанных с жидкими средами и в которых необходимы следующие работы:

  • Контроль уровня жидкости в любых открытых/закрытых резервуарах.
  • Мониторинг запасов подземных вод.
  • Вычисление гидрогеодинамической обстановки.
  • Расчет расходов сточных вод в стандартных водосливах.
  • Контроль уровня различных водоемов/бассейнов, озер, рек.
  • Контроль в пищевой промышленности (молоко, вода и т.д.).
  • Прогнозирование чрезвычайных ситуаций, вызываемых гидрологическими явлениями (расчет морского волнения и т.п.).

Гидростатические датчики

Другое название такого устройства — детектор, или преобразователь давления. Они могут быть стационарными, закрепленными в нижней точке емкости, заполняемой жидкостью, или переносными. В последнем случае преобразователи давления комплектуются кабелем значительной длины. Это позволяет использовать их для резервуаров разных геометрических размеров.

Чувствительный элемент гидростатического датчика представляет собой мембрану, которая воспринимает давление столба жидкости над собой. Его настройка выполнена таким образом, что атмосферное давление не приводит к деформации мембраны. По величине давления в точке измерения можно определить высоту столба жидкости или степень заполнения резервуара.

Величина деформации мембраны преобразуется в пропорциональный электрический показатель, который затем используется для отображения уровня жидкости в резервуаре. Применяются поправки, учитывающие плотность измеряемой среды и ускорение свободного падения в точке измерения.

Принцип действия емкостного уровнемера

В конструкцию емкостного уровнемера входит два основных элемента. Это емкостной датчик в виде стержня или кабеля цилиндрической либо плоской формы и вторичный преобразователь. Основу прибора составляет чувствительный электрический конденсатор, четко фиксирующий все изменения в диэлектрической проницаемости среды. При соприкосновении с жидкостью определяется емкость конденсатора, связанная с нею величина уровня жидкости в емкости, а затем полученные значения преобразуются в выходной сигнал, который и передается на внешнее оборудование для контроля.

Весь принцип действия таких уровнемеров основан на том, что у жидкостей и газового пространства над ними разные электрические свойства. Чувствительные элементы, погруженные в жидкость, определяют емкость, а вторые обкладки, остающиеся «снаружи», так же делают замеры, и на основании этих сведений делаются выводы о высоте жидкостного столба.

Что касается системы электродов, то она может различаться в зависимости от модели. В большинстве случаев – это металлические плоские пластины либо полые цилиндры.

Популярные модели

Современный рынок предлагает много моделей сигнализаторов. Самые популярные из них:

  1. ДЕ-1 (датчик емкостный). Чаще всего этот сигнализатор используется в агрессивных средах химической и металлургической промышленности. Он позволяет контролировать температуру и уровень сыпучих и жидких веществ. Нередко используется в установках аварийной защиты.
  2. ЭСУ-1 (электронный сигнализатор уровня). Корпус этой модели изготовлен из высококачественной стали и фторопласта. Чаще всего ЭСУ-1 устанавливают во взрывоопасных и агрессивных средах. Источник электропитания находится за пределами технологической среды. Датчик измеряет уровень нефти, спирта и воды. Блок питания выполнен из прочного алюминиевого сплава.
  3. РУ-305 (реле уровня). Этот прибор предназначен для контроля состояния жидких сред. Его корпус выполнен из особого материала и может с легкостью выдерживать температуры от -50 до +50 градусов Цельсия. Однако РУ-305 запрещается применять в агрессивных химических средах. Из недостатков этого уровнемера потребители отмечают лишь то, что он работает только в одном положении, без наклона. Измерение уровня осуществляется посредством перемещения магнита с поплавком и срабатывания герконом. Измерения имеют точность не более 5 мм.
  4. СУ-100 (сигнализатор уровня). Датчик для измерения уровня сыпучих и жидких веществ. В конструкции СУ-100 присутствует электромагнитное реле.
  5. Rosemount 5600. Этот радарный датчик уровня позволяет бесконтактно измерять любую разновидность веществ. Чтобы добиться максимально точных показаний, уровнемер необходимо правильно установить. Точность показаний устройства может ухудшаться из-за воздействия электромагнитного излучения. Корпус обладает взрывозащитной конструкцией и дисплеем, на котором отображается вся необходимая информация. Rosemount 5600 может использоваться для измерения температурных показателей в резервуаре. Чтобы в полной мере оценить возможности этого оборудования, ему необходима квалифицированная настройка с учетом диаметра трубопровода, длины уровнемера и расстояния между уровнем и опорной точкой.
Как устроен и работает ёмкостный уровнемерКак устроен и работает ёмкостный уровнемер

Сложные модели целесообразно приобретать лишь для промышленного применения. Для бытовых целей подходят простейшие варианты уровнемеров.

Третья часть лекции по уровнеметрии: виды датчиков уровняТретья часть лекции по уровнеметрии: виды датчиков уровня

Предыдущая
КИПиА (контрольно-измерительные приборы и аппаратура)Схема электронного термометра с выносным датчиком своими руками
Следующая
КИПиА (контрольно-измерительные приборы и аппаратура)Методы измерения мощности в электрических цепях

Рекомендации по правильному выбору

Подбор датчика контроля заполнения ёмкости зависит от большого количества факторов:

Состав жидкости

Важно знать количество посторонних примесей в воде. Примеси могут менять плотность и электропроводность жидкости, что приведёт к неточности показаний обычного датчика.
Ёмкость и материал изготовления резервуара.
Функциональное предназначение сосуда для генерации жидкости.
Вид контроля

Важно отслеживать максимальный и минимальный уровень заполнения ёмкости.
Возможность подключения прибора в автоматизированную систему общего управления типа «Умный дом».
Коммутационные характеристики прибора.

Существует ещё множество критериев для подбора этого датчика. Но для бытового использования они, скорее всего, не пригодятся. Параметры отбора можно существенно сократить, остановившись на следующих параметрах:

  1. Ёмкость резервуара.
  2. Способ срабатывания.
  3. Схема управления.

Существенное уменьшение критериев отбора позволяет подобрать датчик в магазине по достаточно невысокой цене. А также делает возможным изготовить прибор своими руками без потерь в качестве срабатывания и безопасности использования.

Схема подключения ёмкостного уровнемера

Емкостной датчик уровня для топливных или стационарных топливных баков может подключаться по цифровой или аналоговой схеме с использованием изолированной CAN-шины и контроллера. Также используется двухпроводная схема подключения, позволяющая непрерывно контролировать уровень жидкости. Кроме того, отдельные модели можно монтировать с использованием трубной насадки или с кабельным пробником.

Поскольку емкостные уровнемеры измеряют емкость конденсатора, а изолятором-диэлектриком служит продукт измерения, то для точного проведения работ приборы можно устанавливать только в емкости с металлическими стенками, причем та из стенок, куда будет выполняться крепление должна быть расположена строго параллельно зонду.

После подключения выполняют контрольный запуск, проводят калибровку на абсолютно пустой и полностью заполненной емкости.

В компании «Измеркон» предлагают емкостные датчики контроля уровня топлива с полным описанием и инструкцией по подключению (представлены схемы в зависимости от интерфейса).

Уровнемер топлива с интерфейсом CANДлина штока: 800 мм / 1600 ммЧувствительность: > 2 единиц на мм, обычно 15 единиц на ммФильтры цифровой интеграции: Настраиваемая константа времени и коэффициент интеграции, скорость изменения выходного сигнала 15…240 мм/мин

Самостоятельное изготовление датчика

Предположим, стоит задача автоматизировать использование насоса типа «Малыш» для обеспечения водой дачи или загородного дома. Как правило, вода нагнетается в аккумулирующий резервуар, и нужно обеспечить своевременное, автоматическое отключение насоса при достаточном заполнении ёмкости. Для этого нет необходимости устанавливать сложные и дорогие датчики. Изготовление устройства на основе геркона, которое отлично выполнит поставленную задачу, можно осуществить своими руками. Назовём это устройство: электрический поплавковый клапан уровня воды в баке на базе герконового выключателя.

Герконовый выключатель

Геркон — это выключатель, который является главной исполняющей деталью в устройстве герконового датчика уровня воды для управления насосом. Он выглядит как маленькая герметичная стеклянная ёмкость с вакуумом внутри или инертным газом. Внутри находится замкнутая или разомкнутая контактная группа, проще говоря, два замкнутых или разомкнутых контакта из ферромагнитного материала с золотым или серебряным верхним покрытием. При попадании в магнитное поле контакты детали намагничиваются и отталкиваются друг от друга, размыкая цепь, в которую они включена, останавливая её работу, или, наоборот, замыкаются и включают цепь. Герконы разделяются на два вида:

  • Геркон с нормально замкнутыми контактами.
  • Геркон с нормально разомкнутыми контактами.

Среда внутри стеклянной колбы препятствует окислению контактов и образованию искр при замыкании.

Устройство датчика на основе геркона

Для изготовления устройства понадобится магнитный катушечный пускатель на 220 вольт и пара герконов, один из которых замкнут в нормальном состоянии, а второй — разомкнут. И также понадобится поплавок для бака с водой, который изготавливается из пенопласта, шток, трубки и трех проводов небольшого сечения и толщины.

Схема работы устройства проста и, главное, безопасна. Принцип работы следующий:

  • В процессе набора жидкости поплавок с магнитом, достигнув геркона максимального уровня, находящегося в замкнутом состоянии, размыкается под действием магнитного поля, коммутируя силовую, пускающую катушку на отключение, которая выключает насос.
  • По мере убывания воды из резервуара поплавок опускается и при достижении нижнего геркона, срабатывающего на замыкание под воздействием магнитного поля, пускающая катушка коммутируется на запуск насоса.
  • Датчик, изготовленный по такому принципу, способен работать много лет без нареканий в отличие от электронных систем управления контролем заполнения ёмкостей. Изготовить поплавковый датчик уровня воды своими руками несложно, и это не требует особых специальных знаний в области электротехники.

Схема контроля откачки воды дренажным насосом

По принципу вертикальной работы поплавкового механизма можно предложить схему подключения датчика для коммутации реле запуска дренажного насоса с дополнительным питанием 12 вольт.

Стоит отметить, что герконовые переключатели не способны работать с большими токами и не могут включать или отключать насос напрямую. Поэтому они используются в низковольтных схемах для коммутации мощных реле для запуска или отключения насоса. При высоком уровне начинается откачка жидкости до достижения минимального установленного уровня. Принцип работы следующий:

  • При подъёме жидкости в ёмкости до верхнего уровня поплавок с магнитом замыкает верхний геркон SV 1, и на катушку реле P1 начинает поступать ток. Происходит замыкание контактов параллельно с подключённым герконом, что приводит реле в состояние самозахвата. Такая функция не позволяет отключиться напряжению питания катушки при размыкании геркона SV 1. Это достигается подключением нагрузки реле и его катушки в одну цепь.
  • Происходит включение силовой катушки реле P2 в цепи питания электронасоса и начинается откачка жидкости.
  • При уменьшении уровня жидкости поплавок с магнитом достигает нижнего геркона SV 2, замыкая его контакты. Положительный потенциал напряжения начинает подаваться на катушку реле P1 также и с другой стороны. Это приводит к снятию функции самозахвата и отключению реле, что коммутирует отключение силовой катушки P2, обеспечивающей питание электронасоса.
  • Поменяв герконы SV 1 и SV 2 местами, датчик будет отключать насос при наполнении ёмкости до установленного уровня и включать при падении уровня жидкости.

Как выбрать измеритель

Разнообразные датчики применяются для отслеживания уровня воды и водных растворов, нефтепродуктов и смазочных материалов, пищевых напитков и соков. Если корпус устройства достаточно защищен или применяется бесконтактный замер, то можно отслеживать уровни щелочи, кислоты, вязкой или агрессивной среды. Один тип датчика может быть применен в разных условиях.

Для замера уровня воды и любых невязких жидкостей лучше пользоваться ультразвуковыми, поплавковыми, вибрационными, оптическими, емкостными и гидростатическими сигнализаторами и уровнемерами. Для кислотных растворов подойдут емкостные, вибрационные и герконовые устройства. Пенные и липкие среды удобно контролировать емкостными радиочастотными приборами. Если рабочая среда с высокой вязкостью, пользуются вибрационными или ультразвуковыми бесконтактными разновидностями.

Что и в какой последовательности нужно учитывать, чтобы выбрать конкретное устройство:

  1. Состав и физико-химические свойства рабочей среды.
  2. Особенности резервуара для хранения (объем, форма, из чего сделаны стенки). Есть датчики, подразумевающие врезку в стенки, но не каждая емкость подойдет для таких целей.
  3. Требуется постоянный мониторинг или хватит сигнализации при достижении заданного уровня.
  4. Будет ли интегрироваться прибор в общую систему контроля.

С бытовыми задачами успешно справляются энергонезависимые устройства, неприхотливые, надежные и долго служащие. Если цель — отследить уровень воды насоса, колодца, декоративного водоема или бассейна, подойдет поплавковый датчик. При необходимости постоянно замерять уровень воды в скважине, устанавливают уровнемеры гидростатического типа.

Описание и принцип работы

Датчик уровня воды в баке и иных ёмкостях применяется в системах контроля, организуемых в целях автоматизации ряда производственных процессов. Когда контролируемая по уровню жидкая среда достигает определённой отметки, то такой датчик сигнализирует об этом, а система контроля реагирует на этот сигнал определённым образом. Уровнемеры применяются и в быту, например, в запорной арматуре для унитазов или в системах, отключающих насос скважины.

Конструктивные особенности датчиков характеризуются рядом общих параметров.

  1. По функциональному признаку их разделяют на сигнализирующие устройства и уровнемеры. Сигнализаторы контролируют конкретную отметку заполнения ёмкости (наибольшую или наименьшую). Уровнемеры осуществляют непрерывный контроль уровня технологической среды.
  2. Изделия эти многообразны, а в принцип их действия могут быть заложены гидростатические законы, свойства электропроводности, магнетизма, оптики, акустики и прочее. Одновременно это является и основным параметром, определяющим сферы их применения.
  3. Метод измерения может быть контактным или бесконтактным.
  4. Ключевые конструктивные особенности датчиков определяются качествами технологических сред, в которых они используются.

Устройство ЭКМ

Принцип действия

Датчик работает на явлении отражения ультразвуковой волны от границы жидкой и газовой сред. Прибор излучает звуковые колебания частотой более 20000 герц, принимает эхо и измеряет время прохождения сигнала. Расстояние до границы сред рассчитывается по формуле: R= tV/2, где t – время от начала излучения до приема эха, V — скорость звука. Необходимо делить на 2, потому что звуковые волны проходят двойную дистанцию между поверхностью жидкости и излучателем.

Скорость звука в воздухе — 331 м/сек. При изменении температуры этот показатель также меняется. Поэтому ультразвуковые сенсоры уровня имеют в конструкции термометр, показатели которого учитывается электронной схемой прибора при расчете значения уровня жидкости.

Область применения гидростатического датчика уровня

Гидростатические датчики уровня – оптимизированные функциональные устройства, помогающие измерять глубину столба и давления жидкости. Они используются в разных сферах промышленности, связанных с водой или с газом, в том числе в: нефтегазовой, химической, фармацевтической промышленности, где позволяют проводить контрольно-измерительные работы с газами, нефтью, топливом, спиртами и кислотами, проводить количественную оценку жидкостей.

Также это оборудование широко используется в металлургии и добывающей промышленности для оценки уровня грунтовых вод или жидкостей в скважинах, водоемах. Кроме того, они необходимы и в экологическом контроле, в том числе для промера объема резервуаров с технической и питьевой водой на заводах и в населенных пунктах, для контроля состояния естественных водоемов.

Качественная современная техника используется для решения следующих задач:

  • Мониторинг уровня жидкости в емкости и ее давления в непрерывном режиме, вне зависимости от состава и уровня загрязненности;
  • Оценка количества сжиженного газа в промышленных резервуарах;
  • Контроль давления в различных гидравлических и воздушных системах – насосах и компрессорах;
  • В качестве детекторов критического уровня;
  • Контроль заполняемости оросительных установок, пульверизаторов;
  • Коммерческий учет различных жидкостей;
  • Отслеживание процесса заполнения септиков;
  • Как защитный элемент в системах со скважинными насосами: предупреждают запуск на холостом ходу;
  • Обследование узких труднодоступных мест в трубопроводах.

Какие бывают поплавковые уровнемеры

Поплавок, погруженный в жидкость, подвергается воздействию двух сил: силы тяжести и выталкивающей силы Последняя равна по значению силе тяжести, но противоположна ей по знаку. Силу тяжести вычисляют умножением погруженного в жидкость объема поплавка на плотность самой жидкости. Из этого становится понятно, что если будет изменяться плотность жидкости, то и поплавок будет погружаться на разную глубину, что будет приводить к появлению погрешности в измерении уровня жидкости.

Чтобы свести к минимуму эту погрешность, поплавок делают из максимально легкого материала, что сводит к минимуму влияние неоднородности жидкости. Второй способ уменьшить погрешность — сделать поперечное сечение поплавка как можно большим, чтобы он погружался в жидкость на минимальную глубину, благодаря чему измерения при помощи поплавкового уровнемера становятся максимально точными.

Простейшая схема поплавкового уровнемера

Поплавок соединяется со стрелкой указателя уровня через гибкую механическую связь, поэтому чтобы уровнемер смог правильно измерить уровень, необходимо чтобы поплавок своей массой мог обеспечить достаточное натяжение этой гибкой связи. С другой стороны, поплавок не может быть очень большим, потому что тогда придется увеличивать размеры всего уровнемера, что крайне нежелательно. Исходя из всего этого, для измерения уровня различных типов жидкостей изготавливают уровнемеры с разным размером и формой поплавка, а так же из разных материалов, что повышает точность измерения.

1 – поплавок 2 – трос 3 – шкала 4 – противовес

Типы поплавковых уровнемеров

Чтобы измерять уровень жидкостей, имеющих невысокую температуру и которые находятся под низким давлением, чаще всего применяют уровнемеры типа УДУ. Поплавковые уровнемеры этого типа имеют довольно высокий показатель точности, их погрешность составляет порядка четырех миллиметров, при этом глубина сосуда может достигать двадцати метров. Измерения можно производить при температуре от -50 градусов по Цельсию до +50 градусов по Цельсию, а избыточное давление может составлять от 1,5 до 3 кПа.

Недостатком этого типа поплавковых уровнемеров является то, что их установка не позволяет обеспечить высокую герметизацию резервуара, поэтому чаще всего их применяют для определения уровня нефтепродуктов.

В случаях, когда жидкость находиться под большим давлением, или если ее температура находится вне допустимого диапазона измерения ее уровня при помощи уровнемера типа УДУ, используют поплавковый уровнемер типа ПМП, в конструкции которого используется магнитный преобразователь. Точность измерения таким уровнемером достигает пяти миллиметров, а глубина емкости, в которой происходит измерение, может достигать шести метров.

Где применяются уровнемеры поплавкового типа

Поплавковые уровнемеры нашли самое широкое применение, ведь с их помощью можно точно измерять не только уровень достаточно однородных жидкостей, но и уровень так называемых двухфазных жидкостей. В этом случае применяются уровнемеры, в конструкции которых используются два поплавка, измеряющих жидкость определенной плотности.

Область применения таких уровнемеров очень широкая, их устанавливают на баках для контроля за уровнем воды в них, используют для контроля уровня воды нефтепродуктов в резервуарах и даже для слежения за количеством химических веществ в специальных хранилищах. С помощью поплавкового уровнемера можно контролировать не только степень заполнения водохранилищ, но и уровень воды в реках, отслеживать состояние коллекторов и отстойников.

На видео: принцип действия поплавкового уровнемера.

Поплавковый уровнемерПоплавковый уровнемер

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий