Датчик уровня жидкости: устройство, принцип действия, разновидности

Поплавковые приборы

Это самые простые устройства, которые можно встретить буквально везде. Из таких приборов можно сделать указатель уровня охлаждающей жидкости для автомобиля. Аналогичные устанавливаются и в топливных баках. Кстати, даже в простых унитазах используется поплавковый датчик, только он регулирует работу механического привода, закрывающего подачу воды при достижении максимальной отметки.

Датчик уровня жидкости: устройство, принцип действия, разновидности

Что касается простейших датчиков уровня электронного типа, то они состоят из магнита, установленного на рычаге поплавка, и пары герконов. Принцип работы у прибора такой:

  • При опустошении емкости до минимума магнит становится напротив соответствующего геркона. Контакты замыкаются и включается электромагнитное реле. Именно с его помощью можно производить коммутацию силовой части насоса.
  • При достижении максимальной точки происходит срабатывание второго геркона, который подает сигнал на размыкание силовой цепи. Следовательно, прекращается подача воды или иной жидкости.

А вот если использовать не герконы, а проволочный переменный резистор, можно его подключить к вольтметру. И тогда у вас получится контролировать уровень в емкости.

Производители и цены

Высококачественные модели предлагает компания NivoFlip, выпуская одиночные и комплексные решения для замеров уровня в жидкостных средах. В ее линейке можно найти модели со шкалой измерения до 3500 мм, при этом компания отмечает 10-миллиметровую точность отражения результата. Конкуренцию этому производителю составляет фирма RizurNBK. В ее семействе широко представлены и качественно исполнены магнитные устройства – в том числе с роликовыми байпасными указателями. В обоих случаях предлагается поплавковый уровнемер, цена которого варьируется в среднем от 1 до 3 тыс. руб. Если же необходим простой бюджетный аппарат, то можно обратиться к продукции предприятия «Альбатрос», которое выпускает модели с ценниками порядка 500-700 руб. Это вполне добротные, функциональные и гибкие в применении устройства для самых разных задач.

Как измеряется уровень

Существует несколько методов измерения. Все зависит от того, какими свойствами обладает жидкость в резервуаре:

  • Контактный. В этом случае датчик уровня напрямую взаимодействует с водой, находящейся в емкости.
  • Бесконтактный. Без прямого контакта с жидкостью. Приборы этого типа используют для измерения уровня вязкой среды или обладающей агрессивными свойствами.

Контактные измерители устанавливают в саму емкость: на поверхности (поплавок), в глубине (манометры гидростатического образца) или крепят на стенку (пластинчатые). Бесконтактные датчики измерения уровня жидкости не должны соприкасаться с водой, поэтому их размещают таким образом, чтобы была возможность «наблюдать» за поверхностью среды.

Датчик уровня жидкости: устройство, принцип действия, разновидности

Поплавковые измерители

Наиболее распространенные, при этом надежные и доступные измерительные приборы, выполненные в виде поплавка (более известны как ПДУ). В зависимости от конструкции бывают вертикальными и горизонтальными.

Вертикальный поплавковый датчик для измерения уровня воды называется так, потому что его шток расположен вертикально. В его корпусе находится магнит круглой формы. Шток — полая пластиковая трубка, внутри которой стоят герконы.

Поплавковые устройства размещают на поверхности измеряемой воды. Когда магнитное поле подходит к геркону, срабатывают контакты датчика — это и есть сигнал о том, что емкость заполнилась до обозначенного объема. Контактные пары можно последовательно соединить друг с другом, используя резисторы. Это даст возможность отслеживать уровень жидкости, опираясь на общее сопротивление цепи. Параметр стандартного сигнала в этом случае — 4–20 мА. Как правило, датчики уровня воды поплавкового типа применяются в резервуарах длиной до 3 м.

Даже если визуально измерители похожи, в них могут быть установлены разные электрические схемы с герконами. Датчики ставят на разных уровнях емкости, чтобы получать сигнал по мере наполнения. Встречаются линейные устройства, передающие сигнал непрерывно.

Не всегда можно реализовать поверхностную установку. В таких ситуациях применяют поплавковые датчики для измерения уровня жидкости, но горизонтального положения, которые крепят на стене. Магнит и поплавок располагаются на рычаге с шарниром, а геркон «прячут» в корпус. При повышении уровня жидкости начинает действовать магнит, подходя к контактам, что и приводит к срабатыванию датчика.

Кондуктометрические датчики уровня ОВЕН

Компания ОВЕН серийно производит сигнализаторы уровня типа ДС и ДУ, предназначенные для контроля уровней электропроводных жидкостей.

ДС.ПВТ ДС.П
ДСП.3 ДУ.4 Стержень с адаптером

Рис.1. Кондуктометрические датчики уровня

Датчики уровня кондуктометрического типа (рис.

1) используются для защиты емкостей от переполнения, предохранения насосов от «сухого» хода, контроля одного или нескольких уровней электропроводных жидкостей (более 0,2 См/м).

К таким жидкостям относятся растворы кислот и щелочей, растворы солей, вода, пищевые продукты и пр. Для работы с клейкими и диэлектрическими жидкостями датчики не применяются.

Принцип действия датчиков основан на измерении сопротивления среды. Электрод определяет текущий уровень жидкости. В металлических резервуарах корпус – общий электрод. Остальные электроды – сигнальные, их количество соответствует числу контролируемых уровней.

В неметаллических резервуарах электродов должно быть на единицу больше числа контролируемых уровней, поскольку один из них служит общим электродом (рис. 2).

Его длина должна быть максимальной по отношению к остальным электродам, а рабочая часть находиться в постоянном контакте с жидкостью.

Преимущества кондуктометрических датчиков ОВЕН:

  • компактность;
  • удобное крепление резьбовым соединением (ДС);
  • исключение схлестывания электродов (ДС.П.3, ДУ);
  • герметичность клеммного соединения (ДС);
  • подключение проводов винтовым соединением;
  • выгодное соотношение цена/качество.

В ассортименте ОВЕН – одно- и многоэлектродные кондуктометрические датчики.

Популярные статьи  Реле контроля напряжения

Рис.2. Применение кондуктометрических датчиков уровня

Одноэлектродные датчики уровня

Одноэлектродные кондуктометрические датчики уровня ОВЕН ДС (табл. 1) применяются в резервуарах открытого и закрытого типа при температуре среды не выше 240⁰С. Универсальный датчик ДС.ПВТ предназначен для работы с избыточным давлением до 2,5 МПа, например, в котлоавтоматике.

ДС.ПВТ имеет три типа присоединительной резьбы: М18×1,5; М20×1,5; G1/2. Электроды датчиков ДС выполнены из нержавеющей стали 12Х18Н10Т и имеют длины: 0,5; 1,0; 1,95; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0 метра. Стержень 1,95 м с адаптером имеет резьбу с двух сторон, что позволяет наращивать длину электрода до 10 метров. Разборная конструкция датчика обеспечивает удобство транспортировки.

Многоэлектродные датчики уровня

Многоэлектродные датчики уровня серии ОВЕН ДУ (табл. 2) предназначены для сигнализации уровней жидкости, неагрессивной к материалу датчика, в резервуарах открытого типа.

Трех-, четырех- и пятиэлектродные датчики (ДУ.3, ДУ.4, ДУ.5) с длиной стержней 0,5; 1,0; 1,95; 2,5; 3,0; 3,5 и 4,0 метра контролируют до пяти уровней в металлических резервуарах, до четырех уровней – в резервуарах из диэлектрических материалов.

Трёхэлектродный датчик ДС.П.3 предназначен для сигнализации двух или трех уровней жидкости. Датчик устанавливается в резервуарах открытого и закрытого типа и комплектуется стержнями, как и одноуровневые. ДС.П.3 крепится посредством резьбового соединения. ДС.П.3 применяется в резервуарах для хранения воды, водонапорных станциях, очистных и поливочных сооружениях, бассейнах.

Таблица 1. Модификации и основные параметры одноэлектродных датчиков

Модификация ДС.ПВТ ДС.2 ДС.П
Рабочее избыточное давление, не более, МПа 2,5 0,25 0,1
Температура среды, не более, °С 240 1000

Таблица 2. Модификации и основные параметры многоэлектродных датчиков

Модификация ДС.П.3 ДУ.3 ДУ.4 ДУ.5
Количество электродов 3 3 4 5
Рабочее избыточное давление, МПа, не более 2
Температура среды, не более, °С 100 85

Кондуктометрические датчики уровня ОВЕН характеризуются простотой монтажа, надежностью измерений, механической прочностью, а также доступной ценой и устанавливаются в технологических емкостях и товарных резервуарах любой формы и размера. Широкий ассортимент продукции ОВЕН позволяет выбрать кондуктометрический датчик уровня под любую задачу.

Принцип работы

Механические и магнитные поплавковые уровнемеры

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

  • просто
  • дёшево.

Недостатки

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

Магнитострикционные уровнемеры

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

Буйковые уровнемеры

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

Ультразвуковые уровнемеры (Ultrasonic)

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

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

Недостатки

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

Микроволновые радарные уровнемеры (Radar)

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

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

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

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

Недостатки

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

Гидростатическое измерение уровня

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

Емкостные уровнемеры (Capacitance)

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

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

Кондуктометрические сигнализаторы уровня

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

Популярные статьи  Соединение конденсаторов: руководство для начинающих

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

Как проверить исправность датчика

Данный вид датчика считается достаточно надежным, так как его работа основана на механическом движении мембраны под действием давления воздуха. Тем не менее, нельзя исключать и вероятность его поломки. Если таковая случится, то последствия могут быть весьма серьезные, вплоть до перегорания нагревательного ТЭНа. А это уже повлечет за собой солидные денежные расходы.

Существуют ли способы, как проверить прессостат в стиральной машине? Это вполне по силам сделать обычному человеку, даже без обращения в ремонтную мастерскую.

Для этого необходимо выполнить такие действия:

1. Обесточьте стиральную машину, вынув ее вилку из розетки. Дальнейшие действия проводите только после выполнения этого пункта.

2. Нужно добраться до самого датчика уровня. Поскольку реле находится в верхней части корпуса машинки, нужно полностью снять ее верхнюю крышку. Для этого откручиваются болты, удерживающие крышку на корпусе. Крышка сдвигается и снимается.

3. Обнаружив датчик, следует выкрутить удерживающие его болты, а затем снять сам датчик.

4. От корпуса датчика отсоединяются трубка и все провода. Трубка крепится хомутом, который откручивается. Если электрические провода держатся на фишке, то для их отсоединения достаточно просто эту фишку выдернуть из гнезда.

5. Трубка проверяется на наличие в ней засора. Если засор имеется, то трубка промывается до его устранения.

6. Проводится визуальный осмотр датчика. Если обнаружены какие-то поломанные элементы, то датчик подлежит замене. Также проверяется чистота контактов.

7. Производится проверка прессостата стиральной машины. Для этого необходимо взять отрезок трубки, диаметр которой соответствует диаметру снятого шланга. Можно использовать и снятый шланг, если он внутри не загрязнен. Один конец трубки нужно соединить с датчиком, а во второй ее конец подуть. Причем, не стоит дуть сильно, во избежание повреждения мембраны. После создания давления в трубке, внутри датчика будут раздаваться щелчки, свидетельствующие о срабатывании реле. Если их не слышно, то датчик лучше заменить.

Стоимость датчика давления невелика, поэтому при подозрениях на его неисправность, рекомендуется приобрести замену, и установить на машинку.

Горизонтальное расположение

Если сверху датчик установить не удается, его крепят горизонтально к стене резервуара. Магнит с поплавком устанавливают на рычаге с шарниром, а геркон помещают в корпусе. При подъеме жидкости в верхнее положение магнит подходит к коннтактам и датчик срабатывает, сигнализируя о достижении предельного положения.

Датчик уровня жидкости: устройство, принцип действия, разновидности

При повышенной загрязненности или замерзании жидкости применяется более надежный поплавковый датчик уровня воды на гибком тросе. Он состоит из размещенной на глубине небольшой герметичной емкости с металлическим шариком с герконовым контактом или тумблером внутри. При совпадении уровня воды с положением датчика происходит переворот емкости и срабатывание контакта.

Одними из самых точных и надежных поплавковых датчиков являются магнитострикционные. Они содержат поплавок с магнитом, которые скользят по металлическому стержню. Принцип работы заключается в изменении продолжительности прохождения через стержень ультразвукового импульса. Отсутствие электрических контактов существенно повышает четкость срабатывания при достижении границы раздела сред заданного положения.

Классификация приборов измерения уровня

Для измерения уровня жидкостей применяются специальные средства измерений – уровнемеры.

Многообразие типов уровнемеров, принцип действия которых основан на различных физических методах, объясняется разнообразием свойств измеряемых жидкостей. Наибольшее распространение в промышленном использовании получили следующие виды уровнемеров: буйковые, пьезометрические, гидростатические, поплавковые, и ёмкостные.

Буйковый уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на изме-рении перемещения буйка или силы гидростатического давления, действующей на буёк.

Буёк в отличие от поплавка не плавает на поверхности жидкости, а погружён в жидкость и перемещается в зависимости от её уровня. Буйковые уровнемеры наиболее часто применяются для измерения уровня однородных, в том числе агрессивных, жидкостей, находящихся при высоких рабочих давле-ниях (до 32 МПа), широком диапазоне температур (от –200 до +600С) и не обладающих свойствами адгезии (прилипания) к буйкам.

Главной особенностью буйковых уровнемеров является возможность измерения уровня границы раздела двух жидкостей.

Недостатком буйковых уровнемеров являются зависимость их точности от плотности и температуры измеряемой среды, ограниченность использования для больших (свыше 16 м) диапазонов измерения уровней жидкостей и жидкостей обладающих адгезией к буйку.

Пьезометрический уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на преобразовании гидростатического давления жидкости в давление воздуха, подаваемого от постороннего источника и барботирующего через слой жидкости.

У этого уровнемера чувствительный элемент не находится в непосредственном контакте с измеряемой средой, а воспринимает гидростатическое давление через воздух, что является его достоинством. Для пьезометрических уровнемеров также характерна погрешность измерения из-за изменения плотности измеряемой среды.

Гидростатический уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на измерении манометром или напоромером гидростатического давления жидкости, зависящего от высоты её уровня. Уровнемеры этого вида обычно используют для измерения неагрессивных, незагрязнённых жидкостей, находящихся под атмосферным давлением. Для измерения уровней агрессивных сред используют специальные разделительные устройства.

Популярные статьи  Почему мигает светодиодный светильник?

Недостатком гидростатических уровнемеров является погрешность измерения при изменении плотности жидкости.

Поплавковый уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на из-мерении перемещения поплавка, плавающего на поверхности жидкости (поплавок как бы отслеживает уровень жидкости).

Поплавковые уровнемеры не пригодны для вязких жидкостей (дизельного топлива, мазута, смол) из-за залипания поплавка, обволакивания его вязкой средой. При измерении уровня криогенных жидкостей из-за кипения верхнего слоя возникает вибрация поплавка, что приводит к искажениям результатов измерения. Наиболее часто поплавковые уровнемеры используют для измерения уровней в больших открытых резервуарах, а также в закрытых резервуарах с низким давлением. Применение магнитной связи для передачи перемещения поплавка позволяет герметизировать вывод передачи в измерительный блок, упростить конструкцию, повы-сить надёжность, измерять уровень в резервуарах под давлением.

Ёмкостной уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на раз-личии диэлектрической проницаемости жидкости и воздуха. В связи с этим по мере погружения электродов датчика уровнемера в жидкость изменяется ёмкость между ними пропорционально уровню жидкости в резервуаре.

Менее распространены акустические, магнито-стрикционные, радиоизотопные, вибрационные уровнемеры.

Источник

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 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.

Добавить комментарий