Бесконтактный способ измерения уровня

Бесконтактный способ измерения уровня Анемометр

Акустические уровнемеры, прежде всего ультразвуковые, находят все большее применение благодаря высокой точности измерений.

Принцип действия ультразвуковых датчиков расстояния основан на излучении импульсов ультразвука и измерении, пока звуковой импульс, отразившись от объекта измерения, вернется обратно в датчик. При этом достигается разрешения до 0,2 мм (рис. 2.46).

Рис. 2.46. Принцип действия ультразвуковых датчиков уровня.

Благодаря тому, что пьезорезистивный преобразователь может служить как излучателем, так и приемником ультразвуковых импульсов, появляется возможность создать ультразвуковые датчики расстояния с одним преобразователем. Такой преобразователь сначала излучает короткий ультразвуковой импульс. Одновременно с этим, в датчике запускается внутренний таймер. Когда отраженный от объекта ультразвуковой импульс вернется обратно в датчик, таймер останавливается. Время, прошедшее между моментом излучения импульса и моментом, когда отраженный импульс вернулся в датчик, служит основой для вычисления расстояния до объекта. Полный контроль за процессом измерения производится с помощью микропроцессора, обеспечивающего высокую линейность измерений. Наиболее важными особенностями применений ультразвуковых датчиков служит их возможность измерять расстояния до таких сложных объектов таких как, например, сыпучие вещества, жидкости, гранулы, прозрачные или напротив сильно отражающие поверхности.

Ультразвуковые датчики уровня имеют ряд ограничений. Прежде всего, это пена и другие объекты, сильно поглощающие ультразвуковые колебания. Такое поглощение сильно уменьшает измеряемую дистанцию. Сильно изогнутые поверхности так же снижают расстояние и точность измерений, поскольку рассеивают ультразвуковые колебания в различных направлениях. Ультразвуковые датчики излучают импульс в виде широкого конуса, что так же ограничивает возможность измерения расстояния до небольших объектов, увеличивая уровень помех от других объектов, которые так же могут находиться в поле зрения датчика. Некоторые ультразвуковые датчики имеют конус с углом всего 5 градусов. Это позволяет использовать их для измерения намного меньших объектов, например таких, как бутылки или ампулы.

Рис.2.47. Ультразвуковой датчик уровня и измерительный

Оптические датчики расстояния

Довольно часто встает задача по бесконтактному определению расстояния до объекта, одним из способов решения которой, является применение оптических датчиков расстояния или оптических дальномеров. Выходной функцией у этих датчиков является, аналоговый (4..20 мА / 0..10 В) или цифровой выходной сигнал +, у более дорогих версий, интерфейс RS485.

Принцип работы датчика – измерения времени прохождения светового луча от датчика до объекта и обратно – приведен на рисунке 2.48.

Рис. 2.48. Принцип работы оптического датчика расстояния

Новые схемы измерения, базирующиеся на современных технологиях обработки сигнала позволяют теперь без опасений проводить измерения на прямом солнечном свете. Даже такие отражающие поверхности, как полированный металл не влияют на надежность измерений.

Датчики серии O1D включают в свой состав датчики расстояния, работающие как на рассеяном от объекта излучении, так и на отражении от рефлектора для измерения на больших дистанциях (до 75 метров). Датчики наличия объекта имеют только дискретный выход, зато они могут обнаруживать небольшие объекты за значительных расстояниях, до нескольких метров. Оптические датчики уровня сыпучих и жидких веществ могут быть совершенно незаменимы для измерения уровня вязких веществ, например для измерения уровня шоколада в кондитерском производстве.

Метод
определения уровня по выталкивающей
силе действующей на погруженный в
рабочую жидкость буек используют
буйковые уровнемеры . На тонущий буек
действует в соответствии с законом
Архимеда выталкивающая сила,
пропорциональная степени погружения
и, соответственно, уровню жидкости.
Действие этой силы воспринимает
тензопреобразователь (уровнемеры типа
Сапфир-ДУ ), либо индуктивный преобразователь
( УБ-ЭМ ), либо заслонка, перекрывающая
сопло (пневматические уровнемеры типа
ПИУП ).

Буйковые
уровнемеры часто применяются для
измерения уровня раздела фаз двух
жидкостей. Возможно, также, их использование
для определения плотности рабочей среды
при неизменном уровне.

Микроволновые
радарные уровнемеры – наиболее сложные
и высокотехнологичные средства измерения
уровня. Для зондирования рабочей зоны
и определения расстояния до объекта
контроля здесь используется электромагнитное
излучение СВЧ диапазона.

В
настоящее время широко используются
два типа микроволновых уровнемеров:
импульсные и FMCW ( frequency modulated continuous wave ).

В
уровнемерах FMCW происходит постоянное
непрерывное излучение линейно частотно
модулированного сигнала и, одновременно,
прием отраженного сигнала с помощью
одной и той же антенны. В результате на
выходе получается смесь сигналов,
которая анализируется с применением
специального математического и
программного обеспечения для выделения
и максимально точного определения
частоты полезного эхо-сигнала. Для
каждого момента времени разность частот
прямого и обратного сигналов
прямопропорциональна расстоянию до
контролируемого объекта.

Импульсные
микроволновые уровнемеры излучают
сигнал в импульсном режиме, при этом
прием отраженного сигнала происходит
в промежутках между импульсами исходного
излучения. Прибор вычисляет время
прохождения прямого и обратного сигналов
и определяет значение расстояния до
контролируемой поверхности.

Обычно,
рабочая частота радарных уровнемеров
независимо от типа варьирует от 5,8 до
26 ГГц. Чем более высока частота, тем
более узок луч и тем выше энергия
излучения, а, следовательно, сильнее
отражение.

Поэтому
высокочастотные уровнемеры позволяют
производить измерения уровня сред с
низкой диэлектрической проницаемостью
и, следовательно, слабой отражательной
способностью. Они, также, удобны в
емкостях, где присутствует различное
оборудование, сокращающее свободную
зону для работы радара. Вместе с тем,
высокочастотные уровнемеры более
чувствительны к таким явлениям как
запыленность, испарения, волнение
поверхности рабочей среды, налипание
частиц среды на поверхность антенны
вследствие более интенсивного рассеивания
сигнала. В подобных условиях лучше
работают уровнемеры с частотой 5,8..10
ГГц.

Другой
важной характеристикой влияющей на
формирование сигнала является размер
и тип антенны. Различают следующие типы
антенн: рупорная (коническая), стержневая,
трубчатая, параболическая, планарная.
Чем больше размер антенны, тем более
сильный и узконаправленный сигнал она
излучает и, в тоже время, тем лучше прием
отраженного сигнала.

Наиболее
универсальный тип антенны – рупорная.
Она применяется, как правило, в больших
емкостях, позволяет работать с широким
спектром сред по диэлектрической
проницаемости, применима в сложных
условиях и обеспечивает диапазон
измерения до 35..40 м. (в условиях спокойной
поверхности)

Стержневая
антенна применяется в небольших емкостях
с химически агрессивными средами или
гигиеническими продуктами, а также в
случае, когда доступ в емкость ограничен
малыми размерами патрубка. Диапазон
измерения – до 20 м. Поверхность стержневой
антенны покрыта слоем защитной изоляции.

Трубчатая
антенна представляет собой надстроенный
удлиненный волновод. Она позволяет
формировать наиболее сильный сигнал
за счет снижения рассеивания и используется
в особо сложных случаях при наличии
сильного волнения поверхности среды
или большого слоя густой пены либо для
случая сред с низкой диэлектрической
проницаемостью. Трубчатая антенна
применима для небольшого диапазона
измерения уровня.

Планарный
и параболический типы антенн обеспечивают
особо высокую точность (до +/- 1 мм.) и
применяются в системах коммерческого
учета.

Радарные
уровнемеры – наиболее универсальные
средства измерения уровня. Не имея
непосредственного контакта с контролируемой
средой, они могут применяться для
агрессивных, вязких, неоднородных жидких
и сыпучих материалов. От ультразвуковых
бесконтактных уровнемеров их выгодно
отличает гораздо меньшая чувствительность
к температуре и давлению в рабочей
емкости, к их изменениям, а также большая
устойчивость к таким явлениям как
запыленность, испарения с контролируемой
поверхности, пенообразование. Радарные
уровнемеры обеспечивают высокую точность
(до +/- 1 мм.), что позволяет использовать
их в системах коммерческого учета.
Вместе с тем существенным лимитирующим
фактором применения радарных уровнемеров
остается высокая стоимость данных
приборов.

Про анемометры:  Большая часть диоксида углерода со2 в воздухе животноводческих помещений образуется

Каждый
метод имеет характерный набор технических
реализаций, расширяющийся с развитием
измерительной техники. Методы, используемые
для сигнализации наличия (отсутствия)
рабочей среды часто те же что и для
измерения уровня.

Рис. 2.38.Весовой дозатор 1110В5

Рис. 2.37.Весовой дозатор MULTIPOND

Весовые дозаторы применяются в пищевой промышленности в случаях, где требуется очень большая точность порции, или где невозможно применить объемные дозаторы. Например, сыпучие, или продукты неоднородной фракции (куски) могут неравномерно заполнять мерный объем, что создает проблемы с измерением и определением порции. На рисунке 2.38 приведен вид в есового дозатора 1110В5, предназначенного для точного автоматического дозирования длинных макарон (спагетти, букатини) по 2-5 кг.

Дозатор 1110В5 состоит из приемного вибролотка, виброжелобов точной и грубой подачи, отсечных шиберов точной и грубой подачи с приводами, весовой корзины с приводом, сборной корзины. Управление всеми параметрами дозирования осуществляется программируемым контроллером. Для их отображения используется ЖК дисплей. В памяти контроллера можно сохранить до 30 программ дозирования со своими параметрами, что сводит к минимуму время простоя при переходе с одного вида продукта на другой. С помощью оптических датчиков поддерживается необходимый уровень продукта на лотках.

Одним из важнейших технологических параметров в пищевой промышленности является уровень жидких и сыпучих продуктов в различных емкостях.

Как правило, необходимо измерять уровень непрерывно, тем самым получая информацию о количестве исходного сырья или готового продукта (уровнемеры или индикаторы уровня), либо сигнализировать предельные (верхний и нижний) его значения, тем самым не допуская потерь продукта (сигнализаторы). И те и другие широко используются в качестве датчиков в автоматизированных системах технологического контроля.

По принципу действия уровнемеры и сигнализаторы уровня можно разделить на следующие группы:

механические (поплавковые, мембранные);

Механические уровнемеры и сигнализаторы уровня отличаются простотой, высокой надежностью и низкой стоимостью. К этой группе относятся приборы, основанные на использовании механического воздействия измеряемого материала (при изменении его уровня) на чувствительный элемент. В первую очередь это поплавковые уровнемеры и сигнализаторы уровня жидкостей

Принцип действия поплавковых уровнемеров основан на использовании перемещения поплавка 1, плавающего на поверхности жидкости. Это перемещение механически 2, 3, 4 или с помощью дистанционной передачи передается к измерительной части прибора 5, 6. Поплавок и трос уравновешиваются контргрузом 7 (рис.2.39) Поплавковые приборы широко используются в качестве сигнализаторов верхних пределов уровня.

К недостаткам этих устройств следует отнести определенные трудности санитарной обработки.

Рекомендуется пременять их для контроля уровня воды.

Рис. 2.39.Структурная схема поплавкового уровнемера.

Поплавковые датчики уровня — одни из самых недорогих и, вместе с тем, надежных устройств для измерения уровня жидкостей. Могут использоваться для контроля уровня самых разных продуктов, например сточных вод, химически агрессивных жидкостей или пищевых продуктов. Датчики уровня воды и жидких сред устойчивы к пене и пузырькам в жидкости и могут работать с вязкими жидкостями. Так, датчики уровня воды поплавковые ОВЕН ПДУ применяются для измерения как текущего, так и предельного (максимального или минимального) уровня жидкости.

Датчики уровня поплавковые ОВЕН ПДУ могут работать при температурах до 105 °С в воде и в химически агрессивных средах. Однако сигнализаторы уровня воды и других жидкостей поплавкового типа не подходят для измерения липких и засыхающих жидкостей, жидкостей с механическими включениями, а также в случае замерзания жидкости.

Датчики ОВЕН ПДУ имеют простую конструкцию: поплавок, передвигающийся по вертикальному штоку. Внутри поплавка находится постоянный магнит, а в штоке, представляющем собой полую трубку, находится геркон. Герконовый контакт срабатывает при приближении магнита, когда жидкость достигнет поплавка.

На рис.2.40 приведен внешний вид датчика ОВЕН ПДУ, а на рис. 2.41 приведена схема установки датчиков. Возможно два варианта крепления: горизонтальное (ПДУ-1.1) и вертикальное (ПДУ-2.1, ПДУ-3.1). Вертикальное крепление позволяет отслеживать как промежуточные, так и предельные (переполнение, недолив) уровни, горизонтальное — только промежуточные уровни. Если установка прибора сверху емкости невозможна, то его можно вмонтировать в стенку емкости. В этом случае поплавок с магнитом крепится на шарнире, а герконовый выключатель в корпусе датчика. Такие устройства срабатывают, когда жидкость достигает поплавка и предназначены для сигнализации предельного уровня.

Датчик ПДУ-3.1, имеющий шарообразный поплавок, может работать с более вязкими жидкостями.

Рис. 2.40. Внешний вид датчика ОВЕН ПДУ, предназначенного для горизонтального крепления.

Рис. 2.41. Схема крепления поплавковых датчиков ОВЕН ПДУ.

Гидростатические уровнемеры основаны на принципе измерения разности давлений двух водяных столбов жидкости с помощью дифманометров. Они могут применяться для контроля как в открытых резервуарах, так и под вакуумом.

При применении дифманометров для измерения уровня обязательно устанавливается уравнительный сосуд, наполненный до определенного уровня той же жидкостью (для обеспечения постоянного столба жидкости). Каждому значению уровня в резервуаре соответствует определенный перепад давлений, что позволяет судить о положении уровня.

Принцип действия манометрических датчиков основан на измерении давления столба жидкости в зависимости от уровня жидкости:

– ускорение силы тяжести, м/с2.

На рис. 2.42 приведена схема измерения уровня жидкости дифманометром.

Рис. 2.42. Схема измерения уровня жидкости дифманометром.

Устройство состоит из уравнительного сосуда 2 и дифференциального манометра 3, подсоединяемых к контролируемому резервуару 1. Дифференциальный манометр используется в качестве измерительного прибора. Уравнительный сосуд обеспечивает постоянную высоту столба жидкости Н2, подаваемую в «минусовую» измерительную камеру дифмано-метра. Постоянство высоты столба обеспечивается непрерывными сливом и подачей рабочей жидкости в сосуд. К другой камере («плюсовой») подсоединяется резервуар, в котором контролируется уровень жидкости Н1. Дифманометр измеряет перепад давления ∆р, Па. Если в уравнительном сосуде используется та же жидкость, что и контролируемая, то ∆р = ρg (H1 – H2)

Достоинство уровнемеров-дифманометров в простоте конструкции и возможности использования как в качестве индикатора, так и сигнализатора уровня. Показания уровнемеров-дифманометров не зависят от колебаний давления на свободной поверхности (для открытых резервуаров).

Недостатки: громоздкость конструкции, необходимость постоянной подпитки рабочей жидкостью уравнительного бачка, зависимость показаний от плотности (температуры) жидкости.

Более современным аналогом дифманометров являются датчики гидростатического давления. Как и у дифманометров, у них имеются две измерительные камеры. Одна из камер выполнена в виде открытой мембраны, а вторая – в виде штуцера. Такие датчики всегда можно установить непосредственно у дна резервуара, поэтому отсутствует необходимость в импульсных трубках, а значит, и в необходимости компенсации высоты импульсной трубки.

Наиболее распространенные измерительные схемы с использованием гидростатического датчика давления представлены на рис.2.43.

Рис. 2.43. Измерение уровня в резервуарах при помощи датчика гидростатического давления: а – для открытых резервуаров; б – для закрытых резервуаров без уравнительного сосуда; в – для закрытых резервуаров с уравнительным сосудом

Для автоматизации многих производственных процессов необходимо контролировать уровень воды в резервуаре, измерение проводится при помощи специального датчика, подающего сигнал, когда технологическая среда достигнет определенного уровня. Без уровнемеров невозможно обойтись и в быту, яркий пример этому – запорная арматура бачка унитаза или автоматика для отключения насоса скважины. Давайте рассмотрим различные виды датчиков уровня, их конструкцию и принцип работы. Эта информация будет полезной при выборе устройства под определенную задачу или изготовлении датчика своими руками.

Про анемометры:  Газовый котел Конорд - отзывы пользователей

Бесконтактный способ измерения уровня

Конструкция и принцип действия

Конструктивное исполнение измерительных устройств данного типа определяется следующими параметрами:

  • Функциональностью, в зависимости от этого устройства принято делить на сигнализаторы и уровнемеры. Первые отслеживают конкретную точку заполнения резервуара (минимальную или максимальную), вторые осуществляют беспрерывный мониторинг уровня.
  • Принципом действия, в его основу может быть положены: гидростатика, электропроводность, магнетизм, оптика, акустика и т.д. Собственно, это основной параметр, определяющий сферу применения.
  • Методом измерения (контактный или бесконтактный).

Помимо этого, особенности конструкции определяет характер технологической среды. Одно дело — измерять высоту питьевой воды в баке, другое — проверять наполнение резервуаров для промышленных стоков. В последнем случае необходима соответствующая защита.

Виды датчиков уровня

В зависимости от принципа действия, сигнализаторы принято делить на следующие виды:

  • поплавочного типа;
  • использующие ультразвуковые волны;
  • устройства с емкостным принципом определения уровня;
  • электродные;
  • радарного типа;
  • работающие по гидростатическому принципу.

Поскольку эти типы наиболее распространены, рассмотрим каждый из них в отдельности.

Поплавковый

Бесконтактный способ измерения уровня

Рис. 2. Поплавковый датчик для управления насосом

Конструкция состоит из поплавка с магнитом и двух герконов, установленных в контрольных точках. Кратко опишем принцип действия:

  • Емкость опустошается до критического минимума (А на рис. 2), при этом поплавок опускается до уровня, где расположен геркон 2, он включает реле, подающее питание на насос, закачивающий воду из скважины.
  • Вода доходит до максимальной отметки, поплавок поднимается до места расположения геркона 1, он срабатывает и реле отключается, соответственно, двигатель насоса прекращает работать.

Такой герконовый сигнализатор сделать самостоятельно довольно просто, а его настройка сводится к установке уровней включения-выключения.

Заметим, что если правильно выбрать материал для поплавка, датчик уровня воды будет работать, даже при наличии слоя пены в резервуаре.

Ультразвуковой

Бесконтактный способ измерения уровня

Рис. 3. Принцип работы ультразвукового датчика уровня

Работает система следующим образом:

  • излучается ультразвуковой импульс;
  • принимается отраженный сигнал;
  • анализируется длительность затухания сигнала. Если бак полный, она будет короткой (А рис. 3), а по мере опустошения начнет увеличиваться (В рис. 3).

Ультразвуковой сигнализатор бесконтактный и беспроводной, поэтому он может использоваться даже в агрессивных и взрывоопасных средах. После первичной настройки, такой датчик не требует никакого специализированного обслуживания, а отсутствие подвижных частей существенно продлевает срок эксплуатации.

Электродный

Бесконтактный способ измерения уровня

Рисунок 4. Измерение уровня жидкости кондуктометрическими датчиками

В приведенном примере задействован трехуровневый сигнализатор, в котором два электрода контролируют заполнение емкости, а третий является аварийным, для включения режима интенсивной откачки.

Емкостной

При помощи этих сигнализаторов можно определять максимальное заполнение емкости, причем, в качестве технологической среды могут выступать как жидкость, так и сыпучие вещества смешанного состава (см. рис. 5).

Бесконтактный способ измерения уровня

Рис. 5. Емкостной датчик уровня

Принцип работы сигнализатора такой же, как у конденсатора: проводится измерение емкости между пластинами чувствительного элемента. Когда она достигнет порогового значения, подается сигнал на контроллер. В некоторых случаях задействовано исполнение «сухой контакт», то есть уровнемер работает через стенку бака в изоляции от технологической среды.

Данные устройства могут функционировать в широком температурном диапазоне, на них не влияют электромагнитные поля, а срабатывание возможно на большом расстоянии. Такие характеристики существенно расширяют сферу применения вплоть до тяжелых условий эксплуатации.

Радарный

Этот вид сигнализаторов можно действительно назвать универсальным, поскольку он может работать с любой технологической средой, включая агрессивную и взрывоопасную, причем, давление и температура не будут влиять на показания. Пример работы устройства приведен на рисунке ниже.

Бесконтактный способ измерения уровня

Измерение уровня радарным датчиком

Устройство излучает радиоволны в узком диапазоне (несколько гигагерц), приемник ловит отраженный сигнал и по времени его задержки определяет наполняемость емкости. На измеряющий датчик не влияет давление, температура или характер технологической среды. Запыленность также не отражается на показаниях, чего не скажешь о лазерных сигнализаторах. Также необходимо отметить высокую точность приборов данного типа, их погрешность составляет не более одного миллиметра.

Гидростатический

Бесконтактный способ измерения уровня

Рисунок 7. Измерение заполнения гиростатическим датчиком

Устройство построено по принципу измерения уровня давления, произведенного столбом жидкости. Приемлемая точность и небольшая стоимость сделали данный вид довольно популярным.

В рамках статьи мы не можем осмотреть все типы сигнализаторов, например, ротационно-флажковых, для определения сыпучих веществ (идет сигнал, когда лепесток вентилятора застрянет в сыпучей среде, предварительно вырыв приямок). Так же нет смысла рассматривать принцип действия радиоизотопных измерителей, тем более рекомендовать их для проверки уровня питьевой воды.

Как выбрать?

Выбор датчика уровня воды в резервуаре зависит от многих факторов, основные из них:

  • Состав жидкости. В зависимости от содержания в воде посторонних примесей может меняться плотность и электропроводность раствора, что с большой вероятностью отразится на показаниях.
  • Объем резервуара и материал, из которого он изготовлен.
  • Функциональное назначение емкости для накопления жидкости.
  • Необходимость контролировать минимальный и максимальный уровень, или требуется мониторинг текущего состояния.
  • Допустимость интеграции в систему автоматизированного управления.
  • Коммутационные возможности устройства.

Это далеко не полный список для выбора измерительных приборов данного типа. Естественно, что для бытового назначения можно существенно сократить критерии отбора, ограничив их объемом резервуара, типом срабатывания и схемой управления. Существенное сокращение требований делает возможным самостоятельное изготовление подобного устройства.

Делаем датчик уровня воды в резервуаре своими руками

Бесконтактный способ измерения уровня

Схема управления водозабоным насосом

Для решения задачи понадобится магнитный пускатель с катушкой на 220 вольт и два геркона: минимального уровня — на замыкание, максимального — на размыкание. Схема подключения насоса проста и, что немаловажно, безопасна. Принцип работы был описан выше, но повторим его:

  • По мере набора воды поплавок с магнитом постепенно поднимается, пока не дойдет до геркона максимального уровня.
  • Магнитное поле размыкает геркон, отключая катушку пускателя, что приводит к обесточиванию двигателя.
  • По мере расхода воды, поплавок опускается, пока не достигнет минимальной отметки напротив нижнего геркона, его контакты замыкаются, и поступает напряжение на катушку пускателя, подающего напряжение на насос. Такой датчик уровня воды в резервуаре может работать десятилетиями, в отличие от электронной системы управления.

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.

Про анемометры:  Windscribe VPN скачать бесплатно на ПК полная версия

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:

Бесконтактный способ измерения уровня

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.

Бесконтактный способ измерения уровня

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:

Бесконтактный способ измерения уровня

Рис. 3. Емкостной датчик

Бесконтактный способ измерения уровня

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.

Бесконтактный способ измерения уровня

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.

Бесконтактный способ измерения уровня

Рис. 6. Радарный микроволновой датчик уровня жидкости

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

Бесконтактный способ измерения уровня

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.

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, 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.

Бесконтактный способ измерения уровня

Рис. 8. Однополюсные, двухполюсные, однопозиционные, двухпозиционные

Использованная литература

Бесконтактные ультразвуковые уровнемеры Rosemountcерии 3100 Ультразвуковые уровнемеры Rosemount серии 3100 предназначены

Ультразвуковые уровнемеры Rosemount 3100представлен на рисунке

Радарные уровнемеры Rosemount серии 5400

Уровнемеры радарныеRosemount 5400 представлены на рисунке Б.4.

Рисунок Б.4 – Уровнемеры радарныеRosemount 5400

Измеряемые среды – нефтепродукты, щелочи, кислоты, растворители, алкогольные и слабоалкогольные напитки и прочие типы жидкостей

Бесконтактный способ измерения уровня

Уровнемеры серии 5400 могут быть оснащены целым набором антенн и дополнительных опций для достижения максимальной гибкости измерения и контроля уровня.

Уровнемер радарныйRosemount 5600 представлен на рисунке Б.5.

Рисунок Б.5 – Уровнемер радарныйRosemount 5600

нефтепродукты, щелочи, кислоты, растворители, алкогольные напитки;

глина, извести, руды и бумажная пульпа;

гранулированные материалы от руды до пластиковых гранул, мелкодисперсионные порошковые материалы, цемент и др.

Оцените статью
Анемометры
Добавить комментарий