Емкостные уровнемеры для определения границы раздела жидкостей

Автоматика систем водоснабжения обеспечит контроль потока воды доставляемого в жилые постройки и промышленные помещения различного назначения.

Накопительный резервуар решает проблему водоснабжения дома. В него прибывает вода из различных источников: колодец, пробуренная скважина или система водоснабжения города по установленному графику.

Непосредственное наполнение резервуара, происходит за счет насосов отличающихся по величине максимального давления, типу материала, эффективности очищения воды. Современные насосы расположены, на поверхности вблизи источника, перекачка воды, в подобной системе, будет производиться с использованием шланга или трубопровода. Если же, скважина слишком глубока, поверхностный насос заменяют погружным, который часто также называемый глубинным.

Работа автоматизации водоснабжения построена на применении специализированной схемы управления, в состав которой входят сигнализаторы уровня, реле, пускатели и кнопки управления.
Непременный элемент схемы — контрольный датчик, установленный на специальном контрольном электроде

Это важное обязаетельное устройство контролирующее уровень наполнения накопительной емкости с водой. Присоединение в схему осуществляется к пускателю, управляющему насосом или к электромагнитному клапану

Водонасосная станция

1. Двигатель вращается, но вода насосом не перекачивается. Чаще всего это происходит из-за нарушения герметичности всасывающего трубопровода. Следует проверить герметичность всех стыков. Если не работает обратный клапан, его надо отремонтировать или заменить. Причиной неисправности может быть засор или выход из строя пружины. Чтобы насос мог перекачивать, водопровод заполняют водой. Конец всасывающего шланга всегда должен быть погружен в жидкость. При этом высота подъема должна всегда быть меньше допустимого значения, указанного в техническом паспорте.

2. Выработка между рабочим колесом и корпусом может быть причиной снижения производительности насоса вплоть до того, что он начинает работать вхолостую. Также может разрушиться крыльчатка в результате износа. Детали или насос нуждаются в замене. При этом не нужно менять всю станцию.

3. Мощность электродвигателя в большой степени зависит от величины напряжения в сети. Если его недостаточно, необходимые обороты для перекачки воды можно не набрать. Здесь нужен стабилизатор.

4. Поступление воды рывками из-за подсоса воздуха во всасывающем трубопроводе.

5. Частые запуски и отключения насоса из-за неправильной работы датчиков уровня. Причиной бывает разрыв мембраны. Ее исправность проверяется нажатием на ниппель. Если из воздушного отсека выходит вода, мембрану надо заменить. Также может быть слишком низким давление воздуха. Его замеряют манометром (1,5-1,8 атм при отсутствии воды) и при необходимости подкачивают воздушным насосом. Если на корпусе гидроаккумулятора появились трещины, их заделывают «холодной сваркой». Если бак исправный, нужно проверить работу реле давления и при необходимости его заменить.

6. Насос крутится без остановки. Здесь требуется регулировка реле давления на верхнем и нижнем уровнях. После продолжительной эксплуатации прежней величины давления уже можно не добиться. Поэтому его уменьшают путем ослабления пружины или установки маркера. Иногда достаточно почистить входное отверстие реле от солей жесткости. Также следует проверять надежность контактов в электрической цепи.

7. Насос не вращается. Когда он не используется длительное время, нужно провернуть крыльчатку или вал вручную, а после включить в сеть. Может выйти из строя конденсатор, которым снабжаются трехфазные двигатели, работающие от однофазной сети. Здесь нужна его замена.

Выбираем датчики уровня воды в резервуара и емкостях

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.

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

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

Этот тип измерителей может использоваться как для жидкой, так и сухой среды, при этом у него может быть аналоговый или дискретный выход.

То есть, датчик может ограничивать заполнение по достижению определенной точки или отслеживать его постоянно. Устройство включает в себя ультразвуковой излучатель, приемник и контроллер обработки сигнала.

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

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).

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.

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

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

Допустим, есть задача автоматизировать работу погружного насоса для водоснабжения дачи.

Как правило, вода поступает в накопительную емкость, следовательно, нам необходимо сделать так, чтобы насос автоматически выключался при ее заполнении.

8 Ноября, 2021

Выбираем датчик уровня воды в резервуаре и емкости

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.

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.

Назначение емкостного датчика уровня

Стандартный емкостный датчик контроля уровня обеспечивает стабильное непрерывное измерение любых жидких сред. Это устройство подходит для применения в разных промышленных отраслях, в т.ч. в:

• пищевой промышленность;
• химической промышленности;
• компаниях по добыче и фасовке воды (в т.ч. минеральной и лечебной);
• ЖКХ и с/х;
• фирмах, изготавливающих строительные материалы;
• области нефтепереработки;
• фармацевтике и т.д.

Датчики уровня емкостного типа могут применяться в рамках поведения замеров в резервуарах, баках, хранилищах, трубопроводах, в топливных баках. Они дают возможность определить реальный уровень жидкости или отследить фактическое изменение уровня. Помимо этого в продаже есть модели, которые обеспечивают точные или подходящие для осуществления бесконтактного контроля замеры. В связке с различными дополнительными датчиками и электродами такие устройства могут передавать точные данные на внешнее оборудование или отслеживать стабильность уровня контролируемой жидкости с помощью специальных чувствительных элементов.

Принцип действия приборов достаточно прост:

• Генератор обеспечивает стабильное электрическое поле в пространстве.
• Демодулятор преобразует фиксируемое изменение амплитуд колебаний.
• Триггер отвечает за необходимую крутизну фронта сигналов переключения контактов.
• Усилитель повышает значение выходной сигнал до требуемых значений.
• Светодиодный индикатор обеспечивает гарантированную работоспособность и оперативность настройки приборов при измерении любой среды (в т.ч. и электропроводной).
• Компаунды защищают от проникновения жидкостей и твердых веществ внутрь корпуса.
• Корпус защищает от механических воздействий.

Т.е. датчик уровня представляет собой абсолютно самодостаточную систему, в строении которой предусмотрены любые колебания среды. Это дает возможность использовать прибор для измерения в баках с любой продукцией.

Как подключить емкостной датчик уровня

Новый емкостный датчик уровня может подключаться по аналоговым или цифровым схемам, в т.ч. с применением электрического контроллера и изолированной CAN-шины (для стабильной работы и корректной передачи сигнала). Также допустимо использовать двухпроводную схему подключения, которая дает возможность непрерывно контролировать уровень жидкой среды. Причем отдельные модели уровнемеров можно устанавливать с применением трубной насадки или с помощью кабельного пробника. Выбор способа монтажа осуществляется в индивидуальном порядке в зависимости от конкретных особенностей датчика уровня емкостного типа.

Покупка и заказ уровнемеров

В компании UWT предлагают емкостные преобразователи с полным подробным описанием и пошаговой инструкцией по эксплуатации и подключению. В сопроводительной документации к устройствам представлены точные схемы в зависимости от интерфейса и диапазона использования. Также к каждому датчику в UWT прикладываются различные сертификаты соответствия и декларации, подтверждающие качество продукции. Клиенты могут заранее ознакомиться с этими документами и только после изучения всех справок сделать заказ.

Датчики уровня сыпучих материалов

Nivobob® NB 3400 – электромеханический измерительный прибор для непрерывного измерения уровня или объема заполнения в емкостях, силосах и цистернах

Nivobob® NB 3300 – электромеханический измерительный прибор для непрерывного измерения уровня или объема заполнения в емкостях, силосах и цистернах

Nivobob® NB 3200 – электромеханический измерительный прибор для непрерывного измерения уровня или объема заполнения в емкостях, силосах и цистернах

Nivobob® NB 3100 – электромеханический измерительный прибор для непрерывного измерения уровня или объема заполнения в емкостях, силосах и цистернах

RFnivo® применяется с различными сыпучими материалами и жидкостями в качестве сигнализатора уровня заполнения, опустошения или уровня по потребности в различных силосах и емкостях

RFnivo® применяется с различными сыпучими материалами в качестве сигнализатора уровня заполнения, опустошения или уровня по потребности в различных силосах и емкостях

Прочный зонд датчика, выполненный из материала PPS, допущен для работы с продуктами питания и многими агрессивными средами

Вибрационный одноштыревой предельный выключатель уровня (датчики предельного уровня заполнения) Mononivo®  используется для контроля уровня (верхний, нижний, по – потребности) в различных емкостях с сыпучими материалами (цемент, песок, комбикорм, зерно, мука, шрот, удобрения, земля)

Вибрационная вилка, характеризующаяся очень высокой чувствительностью и изготовленные из высококачественной нержавеющей стали, находит свое применение в различных промежуточных емкостях, а также на складах бестарного хранения сыпучих материалов

Вибрационные вилки Vibranivo®, характеризующиеся очень высокой чувствительностью и изготовленные из высококачественной нержавеющей стали, находят свое применение в различных промежуточных емкостях, а также на складах бестарного хранения сыпучих материалов

Особенности функционирования, подключение

Существует ли различие между скважинными и колодезными насосами? Да, но точнее будет говорить, что для выкачки воды из колодца применяются насосы с определенными техническими характеристиками. Это моноблочные центробежные устройства, где двигатель, водозаборные элементы и патрубок находятся в одном корпусе.

Колодезный насос устанавливается на глубине не более 25 м. Он имеет довольно низкую производительность. Насос для колодца с автоматикой следует располагать так, чтобы он не дрейфовал по водяному пласту. Необходимо также исключить вибрации агрегата, так как они будут поднимать со дна всевозможные нежелательные частицы.

Следует отметить, что защита от попадания и налипания на лопатки колеса твердых частиц в колодезных насосах слабая. Поэтому при перекачивании загрязненной воды они быстро теряют номинальную производительность.

Колодезные насосы, то есть центробежные, отличаются от вибрационных и способом защиты от работы «насухую». Заключается она в следующем: при снижении интенсивности заходящего в насос водяного потока (при попадании воздуха) сила тока электродвигателя устройства тоже уменьшается. На сложившуюся ситуацию реагирует датчик, подавая сигнал об отключении агрегата.

Подключение погружного насоса для колодца выполняется по такой же схеме как и скважинного.

Схема подключения погружного насоса для колодца практически такая же, как и скважинного. Отличие только в способе фиксирования: скважинный крепится к оголовку; для колодезного изготавливается металлическая рама, в ней проделывается отверстие, в которое и вставляется трос.

Схема управления (отключения) насосом на откачку воды по уровню

Начну со схемы по откачке воды, то есть когда перед вами стоит задача откачивать воду до определенного уровня, а затем отключать насос, чтобы он не работал на холостом ходу. Взгляните на схему ниже.

Именно такая принципиальная электрическая схема способна обеспечить откачку воды, до заданного уровня. Давайте разберем принцип ее работы, что здесь и зачем.

Теперь о том, что было сделано пару месяцев спустя, исходя из требований к уменьшению потребления питания в режиме ожидания. То есть это уже вторая версия всего того, о чем я рассказали выше.Сами понимаете, что согласно схемы выше будет включен постоянно блок питания на 12 вольт, который между прочим тоже потребляет не бесплатное электричество! А исходя из этого было принято решение сделать схему для срабатывания насоса для откачки или налива воды с током в режиме ожидания равным 0 мА. На самом деле реализовать это оказалось легко. Взгляните на схему ниже.

Первоначально в схеме все цепи разомкнуты, а значит она потребляет наши заявленные 0 мА, то есть ничего. Когда же замыкается верхний геркон, то напряжение через трансформатор и диодный мостик включает реле Р1. Таким образом реле коммутирует через свои контакты и резистор 36 Ом питание на блок питание и опять на саму себя же, то есть самоподхватывается. Насос включается. Далее, когда уровень воды доходит до низа и срабатывает реле Р2, то оно разрывает ту саму цепь самоподхватывания реле Р1, таким образом обесточивая всю схему и приводя его в режим ожидания. Резистор 36 Ом служит для того, чтобы во время включения верхнего геркона ограничить ток на насос, хотя бы немного. Тем самым снизив индукционный ток на герконе и продлив его жизнь. Когда же блок питания будет запитан уже через реле Р1, после его срабатывание, то такое сопротивление без проблем обеспечит напряжение для удержания реле, то есть будет не критично, а во вторых не будет греться, так как через него будет протекать незначительный ток. Это лишь ток от потерь в обмотке и ток на питание реле Р1. Поэтому требования к резистору не критичны, разве что взять его помощнее!Осталось сказать о том, что в любой из этих схем могут использоваться не только геркон, но и просто концевые датчики.

Что же, теперь давайте разберем обратную ситуацию, когда необходимо воду наоборот закачивать в бак и отключать при высоком уровне в нем. То есть насос включается при низком уровне воды, а выключается при высоком.

Устройство и принцип работы датчиков уровня

Датчики уровня — это устройства, позволяющие отслеживать количество жидкого или сыпучего вещества по уровню его поверхности в некоторой ёмкости.

Датчики уровня могут выдавать дискретный (по достижении некоторого уровня) или непрерывный сигнал (абсолютная высота текущего уровня) в зависимости от принципа действия, что сказывается на их технической сложности, а также на цене.

Кроме того, датчики уровня могут быть контактными и бесконтактными, что также сказывается на стоимости и на области их применения.

По принципу действия датчики уровня могут быть

• Емкостными
• Поплавковыми
• Радарного типа
• Ультразвуковыми
• Гидростатическими

Ниже кратко рассмотрены основные виды.

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

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

С – Общая ёмкость конденсатораС0 – Ёмкость участка конденсатора, не содержащего жидкостьСl – Ёмкость участка конденсатора, содержащего жидкостьε0 – Диэлектрическая проницаемость газовой средыεl – Диэлектрическая проницаемость жидкой средыG0 – Геометрический коэффициент участка конденсатора, не содержащего жидкостьGl – Геометрический коэффициент участка конденсатора, содержащего жидкость

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

Рисунок 1. Общая схема емкостного датчика уровня

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

Поплавковый датчик уровня

Датчики данного типа имеют достаточно простое устройство.

Существует несколько конфигураций, выдающих на выход как дискретный, так и непрерывный сигнал, последние можно разделить на две категории – механические и магнитострикционные.

В магнитострикционных датчиках в качестве одного из элементов также используется поплавок, в остальном же они довольно сильно отличаются от обычных механических поплавковых датчиков.

Дискретные поплавковые датчики уровня

В реализации датчика, выдающего дискретный сигнал, обычно используется набор поплавков, расположенных на различных уровнях резервуара.

При достижении жидкостью уровня, на котором располагается поплавок, он выталкивается за счёт силы Архимеда, направленной вверх.

Это приводит в движение механическую систему или электромеханическую систему, и выходной сигнал появляется, например, при замыкании электрических контактов герконового реле.

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

Рисунок 2. Общая схема поплавкового датчика уровня с дискретным выходом

Дискретный выходной сигнал может быть использован для «пошагового» мониторинга уровня жидкости в резервуаре — датчик просто сообщает, достиг ли уровень жидкости конкретной отметки или нет.

Также датчик уровня с дискретным выходным сигналом может служить элементом автономного регулятора в случае, например, когда необходимо поддерживать постоянный уровень жидкости в резервуаре – для реализации данной схемы выходной сигнал может непосредственно управлять силовым реле, открывающим/закрывающим входной/выходной клапан резервуара.

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

Магнитострикционные поплавковые датчики

Поплавковые датчики, выдающие непрерывный сигнал, обычно относятся к датчикам магнитострикционного типа и имеют довольно сложное устройство (Рисунок 3). Основным элементом конструкции по-прежнему является поплавок, в данном случае он содержит постоянный магнит.

Поплавок может свободно передвигаться вдоль направляющей, внутри которой располагается волновод из магнитострикционного материала. С определённой периодичностью блок электроники датчика генерирует импульс тока, который распространяется вдоль волновода.

Когда импульс достигает области, где располагается поплавок, магнитное поле поплавка и магнитное поле импульса взаимодействуют, что приводит к возникновению механических колебаний, которые распространяются обратно по волноводу и фиксируются чувствительным пьезоэлементом.

По временной задержке между отправкой импульса тока и получением механического импульса можно судить о расстоянии до поплавка, а значит и об уровне жидкости в резервуаре.

Рисунок 3. Общая схема магнитострикционного датчика уровня

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

Радарный датчик уровня

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

Предполагается, что жидкость отражает излучение локатора, поэтому если расположить излучатель-приёмник внутри резервуара согласно схеме (Рисунок 4) и фиксировать задержку отражённого сигнала относительно сигнала источника – можно определить уровень жидкости по величине задержки.

Для определения задержки используется линейная модуляция частоты источника. Если частота исходного сигнала изменяется по линейному закону (например, непрерывно возрастает), то отражённый сигнал, имеющий временной сдвиг относительно исходного, будет иметь также и меньшую частоту.

По величине частотного сдвига можно однозначно судить о величине временной задержки между двумя сигналами, а значит и о расстоянии до поверхности жидкости.

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

Рисунок 4. Общий принцип функционирования датчика уровня радарного типа

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

• Отсутствие подвижных элементов
• Отсутствие контакта с жидкой средой
• Универсальность – возможность работать практически с любой средой при различных условиях
• Высокая точность
• Возможность адаптировать алгоритм обработки данных для конкретных применений

Основным недостатком радарных датчиков является их цена.

Ультразвуковой датчик уровня

В датчиках данного типа используется схема, во многом сходная со схемой датчика радарного типа. В резервуаре устанавливается блок, состоящий из генератора и приёмника ультразвуковых волн (точно также как например в    ультразвуковых расходомерах и  ультразвуковых дефектоскопах).

Излучение генератора УВ проходит газовую среду, отражается от поверхности жидкости и попадает на приёмник.

Определив временную задержку между излучением и приёмом и зная скорость распространения ультразвука в данной газовой среде, можно вычислить расстояние до поверхности жидкости – то есть определить её уровень.

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

Гидростатический датчик уровня

С помощью датчиков данного типа уровень жидкости в резервуаре определяется путём измерения гидростатического давления столба жидкости над чувствительным элементом датчика (детектором давления). Согласно зависимости (2) высота столба определённой жидкости пропорциональна давлению в данной точке:

P – Давление в данной точкеρ – Плотность жидкостиg – Ускорение свободного паденияh – Высота столба жидкости над чувствительным элементом

Такие датчики компактны, относительно просты, недороги, а также способны выдавать непрерывный сигнал, однако не являются бесконтактными, что затрудняет их применение в агрессивных средах.

Если вам понравилась статья нажмите на одну из кнопок ниже

Сигнализаторы предельного уровня

Основная задача приборов данного типа – подача сигнала при достижении веществом заданного уровня. Используются бесконтактные и контактные методы измерения.

Сигнализаторы наклонного типа

Надёжные устройства, которые просты в установке. Способны контролировать процесс заполнения силосом, часто используются как аварийные сигнализаторы верхнего уровня.

Принцип действия: при заполнении ёмкости веществом, датчик отклоняется и замыкает электроцепь, идёт подача сигнала.

Ротационные датчики сигнализаторы уровня сыпучих материалов

Имеют измерительные лопасти в виде листа, которые приводятся в действие электромотором. Если происходит увеличение уровня материала, то возрастает механическая нагрузка на лопасти, образуется реактивный момент и воздействие на механический выключатель, срабатывает контакт, работа двигателя прекращается, и  реле уровня сыпучих материалов замыкается. При уменьшении уровня лопасть освобождается, и мотор снова приходит в рабочее состояние.

• используются для всех видов сыпучего материала и жидкостей;
• нечувствительны к перепадам температур, статическому электричеству, пыли;
• безотказный принцип работы;
• быстрый монтаж.

Вибрационные датчики сигнализаторы уровня сыпучих материалов

Применяются практически для любых сыпучих материалов. Имеют взрывобезопасное исполнение, не требуют сложного техобслуживания.

Принцип работы: зонд, имеющий соединение с пьезоэлементом, вибрирует на его частоте. Если зонд достигает уровня сыпучего материала, то механические колебания поглощаются, что регистрируется электронным датчиком.

• объёмная плотность сыпучих веществ – 5 грамм/литр;
• рабочая температура процесса – до 150º С;
• глубина измерения – до 20 метров.

Емкостные датчики сигнализаторы уровня сыпучих материалов

В устройствах чувствительным элементом является электрод или коаксиальная конструкция. Если чувствительный элемент достигает уровня сыпучего материала, то происходит изменение значений ёмкости, которое отслеживается электросхемой, и срабатывание входного ключа. Наиболее востребованными являются ёмкостные датчики уровня муки.

• температура контролируемого рабочего процесса – до 800º С;
• глубина измерения – до 12 метров;

Ультразвуковые датчики контроля уровня сыпучих материалов

Работа приборов основана на пьезоэффекте – происходит контроль изменений размеров кварцевой или керамической пластины при воздействии на них электрического поля. Пьезокварцевая (керамическая) пластина действует сначала как излучатель, а потом как приёмник ультразвуковых волн, полученные данные постоянно обрабатываются и сигнализационный датчик срабатывает, когда исследуемое вещество достигает определённого заданного уровня.

Микроволновые сигнализаторы

Устройства используются как источники обнаружения микроволнового излучения. Принцип работы аналогичен фотоэлектрическим датчикам. Если происходит пересечение между приёмником и передатчиком, то образуется выходной сигнал. Расстояние между ними может достигать 200 м. Микроволновое излучение отлично проникает через неметаллические вещества и материалы, поэтому микроволновые датчики могут надёжно функционировать в условиях дождя, тумана, повышенной запылённости. Мощность излучения не превышает 10 мВт, что абсолютно безопасно для здоровья человека.

Мембранные датчики сигнализаторы уровня сыпучих материалов

Активно применяются в угольной, сельскохозяйственной промышленности, при изготовлении строительных материалов. Устройства осуществляют точный контроль нижнего, среднего и верхнего уровней ёмкостей. Принцип работы основан на воздействии сыпучего материала на мембрану, под которой расположен переключатель. Контролируемая среда оказывает давление на мембрану, изменяя положение микропереключателя, срабатывает электронный сигнал управления технологическим процессом опустошения или заполнения.

• большой диапазон температур использования;
• простая конструкция;
• малые габаритные размеры;
• широкий спектр применяемости.

Строение емкостного датчика уровня

Главной частью емкостного датчика контроля уровня является конденсатор, выполненный в плоском или цилиндрическом виде. Он быстро фиксирует точные изменения в диэлектрической проницаемости. Помимо этого в конструкцию уровнемера входит специальный измерительный элемент в виде стержня или кабеля. Также в составе прибора есть система электродов: ее тип зависит от конкретной модели оборудования. В большинстве случаев она представляет собой совокупность металлических плоских пластин или цилиндров.

Все внутренние детали датчиков помещены в корпус. Корпусные стенки создаются из полиамида или латуни, а также дополнительно комплектуются метизными изделиями. Такое строение обеспечивает прочность и надежность всей конструкции.

Достоинства и недостатки уровнемеров

Выбор емкостного датчика уровня – это сложная задача, которая предусматривает учет множества факторов. Особенно в том случае, если речь идет о покупке приборов для измерения абразивных сыпучих продуктов или контроля агрессивных, вязких, липких или склонных к образованию пены жидких сред.

Перед выбором современных емкостных датчиков контроля уровня следует ознакомиться со всеми их достоинствами и недостатками, чтобы установить целесообразность покупки указанного оборудования. Это позволит заранее определить, стоит ли приобретать эти устройства для конкретного предприятия или лучше обратить внимание на уровнемеры другого типа.

Но все недостатки емкостных датчиков уровня считаются скорее их техническими особенностями, т.е. при правильном выборе диэлектрика и корректном применении эти измерительные приборы не приводят к возникновению каких-либо проблемных ситуаций. Они отличаются точностью и корректностью, а потому могут использоваться на производствах разной степени оснащенности.

5 Сетевой насос для котельной

Описание работы схемы управления электроприводом сетевого насоса.

Схема управления состоит из двух основных частей – Схемы включения двигателя дымососа и Схемы включения двигателя дутьевого вентилятора. В свою очередь, каждая схема содержит схему запуска (управления) и схему аварийной звуковой и световой сигнализации.

Управление сетевым насосом котла. Схема электрическая

Схема включения двигателя дымососа.

Дымосос должен включаться первым, чтобы очистить канал прохождения дыма и гарантированно обеспечить розжиг пламени и ровное горение пламени горелки.

В схему управления дымососом входят следующие элементы:

• 1FU1 – предохранитель цепи управления,
• 1SF1 – выключатель питания,
• SA1 – переключатель режимов работы,
• КА1 – промежуточное реле управления контактором,
• КМ1 – контактор включения двигателя дымососа,
• КК1 – контакты теплового реле перегрузки двигателя дымососа.

Схема работает следующим образом.

Однофазное питание 220В поступает на схему через предохранитель 1FU1 и выключатель 1SF1. Далее, в зависимости от положения переключателя SA1, возможны различные режимы работы – принудительное включение, рабочий режим, режим снятия сигнализации.

В рабочем режиме включается реле КА1, и через его контакты подается питание на катушку контактора КМ1. В цепь питания КМ1 также входят контакты теплового реле КК1, которые размыкаются при перегрузке двигателя дымососа.

Схема аварийной звуковой и световой сигнализации двигателя дымососа.

С общих цепей схемы по проводам 701 и 703 приходит питание схемы аварийной сигнализации. При аварийном выключении дымососа (например, при пропадании питания из-за перегорания предохранителя 1FU1) реле КА1 выключается, и через свои контакты подает питание на звуковой сигнализатор. Выключить сигнал можно переключателем SA1, что также обесточит катушку контактора КМ1 и гарантированно выключит схему.

Индикаторная лампа HL1, которая питается через контакты реле КА1, контакты контактора КМ1 и резистор R1,  служит для индикации рабочего режима или аварийной ситуации в зависимости от режима и положения переключателя SA1.

Работа схемы управления двигателем дутьевого вентилятора.

В состав схемы управления двигателем дутьевого вентилятора входят следующие элементы:

• 1FU2 – предохранитель цепи управления,
• 1SF2 – выключатель питания,
• SA2 – переключатель режимов работы,
• SA3 – байпас блокировки включения вентилятора без дымососа,
• КА2 – промежуточное реле управления контактором дутьевого вентилятора,
• КМ2 – контактор включения двигателя вентилятора,
• КК2– контакты теплового реле перегрузки двигателя вентилятора.

Включение дутьевого вентилятора невозможно без включения дымососа. Это необходимо для безопасной и правильной работы всей установки.

Данная проверка обеспечивается включением в цепь питания контактора вентилятора КМ2 контакта реле КА1. Таким образом, запуск вентилятора возможен, только если включено реле КА1 включения дымососа.

Однако, для целей проверки возможно шунтирование данного контакта КА1 переключателем SA3.

Контактор КМ1 включения двигателя дутьевого вентилятора при подаче напряжения на его катушку через предохранитель 1FU2, выключатель 1SF2, реле КА1, КА2, и контакты теплового реле КК2. Управление – через переключатель SA2 и промежуточное реле КА2, как и в схеме управления дымососом.

Схема аварийной звуковой и световой сигнализации двигателя дутьевого вентилятора.

Работа схемы аналогична схеме сигнализации дымососа. Питание схемы – через те же общие цепи.

Для индикации используется звуковой сигнализатор и индикаторная лампа HL2, которая питается через контакты КА2, КМ2 и ограничительный резистор R2.

Силовая часть схемы.

В силовую часть схемы входят два двигателя – М1 (дымосос) и М2 (дутьевой вентилятор).

Двигатель М1 получает трехфазное питание 380В через автоматический выключатель QF1, который защищает его от короткого замыкания и от перегрузки, далее – через контактор КМ1 и тепловое реле КК1. Тепловое реле защищает двигатель от перегрузки и пропадания фазы. Ток уставки теплового реле должен быть выбран таким образом, чтобы он был на 10-20% больше рабочего тока двигателя.

Двигатель дутьевого вентилятора М2 питается через автоматический выключатель QF2, контактор KM2, тепловое реле КК2. Назначение этих элементов – то же, что и для двигателя М1.

Емкостные датчики уровня жидкости и сыпучих материалов

Каталог емкостных сигнализаторов – датчиков уровня СЕНСОР, Balluff, IFM Electronic, EGE-Elektronik, SICK, Pepperl+Fuchs для воды и других жидкостей (в том числе агрессивных), вязких и сыпучих материалов, гранул и т.п. для детектирования граничных значений уровня в различных отраслях промышленности или коммунальном хозяйстве.

Виды датчиков уровня сыпучих материалов

На сегодняшний день датчиков контроля уровня материалов существует большое множество, они классифицируются по:

• функциональной принадлежности;
• технологии и принципу работы;
• предназначению;
• стоимости.

По применению, датчики уровня сыпучих материалов подразделяются на два вида:

• Уровнемеры – приборы, предназначенные для непрерывной (или с определённой частотой) фиксации информации о степени наполнения ёмкости песком, цементом, мукой, щебнем, комбикормом, зерном или крупой. Могут быть бесконтактными и контактными.
• Сигнализаторы – устройства, срабатывающие при достижении материалом определённого уровня.

Как сделать водяной насос своими руками в домашних условиях

Дачники – народ неленивый и смекалистый. Потому вопросом, как сделать своими руками насос для воды без электричества, задаются довольно часто. На самом деле, вариантов существует множество, все они вполне реализуемы. Одним из эффективных и наиболее доступных является насос на основе помпового механизма. Именно такой чаще применяют в условиях отсутствия электричества.

Для создания насоса понадобятся следующие элементы и детали:

• труба ПВХ диаметром 5 см;
• труба ППР диаметром 2,4 см;
• два обратных клапана по 0,5 дюйма;
• заглушки и отводы для трубы;
• болты 8 мм с гайками, прокладки резиновые.

Из вышеперечисленных деталей собирается помпа. Главное – обеспечить герметичность конструкции, иначе механизм не заработает. Поршень создает давление в рабочей камере. Под его воздействием вода, проходя через клапаны, подается на вывод

Очень важно, чтобы плотно прилегали прокладки

Сложно воспринимается при описании, но на самом деле не вызывает проблем создание своими руками насоса, работающего от солнечной энергии. Принцип действия в некоторой степени напоминает то, как подключают погружной насос к гидроаккумулятору: в выталкивании воды принимает участие газ.

Насос на основе помпового механизма является наиболее доступным для изготовления своими руками.

• решетка металлическая;
• груша резиновая;
• баллон с пропан-бутановой смесью.

Решетка заполняется газом и соединяется с грушей. Груша помещается в резервуар, предварительно оборудованный клапанами на вход и на выход. Солнечная энергия расширяет газ, последний выталкивает воздух, обеспечивая перепад давления в емкости с водой.

Обратите внимание!  Все швы резервуара должны быть герметично заделаны. Располагать такой насос необходимо в хорошо освещаемом месте.