Кондуктометрические датчики уровня принцип действия
Кондуктометрические датчики и их применение
ВИДЫ
ПРИМЕНЕНИЕ
Кондуктометрические разновидности датчиков считаются оптимальными при необходимости точного контроля уровня токопроводящих жидкостей, включая находящиеся под избыточным давлением.
Их устанавливают в резервуарах разного типа с целью получения сигнала о достижении опасных и предельных значений уровня, регулирования и отслеживания этого параметра.
Данные измерительные приборы ценятся за простоту и прочность конструкции, при целевом использовании недостатки не проявляются.
Устройство и принцип действия кондуктометрического датчика
Принцип работы кондуктометрического датчика заключается в использовании разницы показателей электропроводимости воздуха и контролируемой жидкой среды.
В простейшем исполнении он состоит из корпуса с резьбовым штуцером, изоляции, герметизирующего колпачка и погружного элемента, подключаемого к реле вместе с общим электродом.
Функции последнего выполняют стенки металлического бака или дополнительный контрольный стержень, погружаемый как можно ближе к дну или нижнему пределу измерения.
Реле срабатывает при достижении поверхностью жидкости нижней точки сигнального стержня и наоборот. Сигналы датчика передаются на индикаторные устройства, регуляторы уровня и другие типы приборов систем автоматического управления.Замыкаемая или размыкаемая цепь является слаботочной, способ ценится за простоту и безопасность. Защиту от ложного срабатывания обеспечивают изоляционные шайбы и препятствующий накоплению влаги колпачок, требования к их прочности зависят от ожидаемых параметров рабочей среды.
Материалом для изготовления электродов чаще всего служит нержавеющая сталь, корпуса – пластмасса, защитных и изолирующих частей – фторопласт, керамика или полифениленсульфид. Стержни выпускаются в обычном неразборном исполнении или оснащаются адаптером, второй вариант выбирается при необходимости частого изменения их длины.
К конструктивным преимуществам кондуктометрических разновидностей датчиков уровня относят:
- устойчивость к турбулентности и напору контролируемой среды;
- наличие прочного и компактного корпуса, возможность контроля и наращивания длины погружных частей;
- отсутствие движущихся узлов (актуально для стержневых разновидностей кондуктометрических сигнализаторов); простоту настройки и обслуживания.
Кондуктометрические виды датчиков с одинаковым успехом используются при измерении уровня в баках и цистернах из металла и емкостях со стенками из изоляционного материала, включая пластик.
В первом случае число закрепляемых стержней совпадает с требуемым количеством каналов измерений, уровень жидкости особой роли не играет. Во втором один из стержней выполняет функции общего, требования к его длине и точке монтажа ужесточаются.
Для отслеживания границ сыпучих материалов и диэлектрических жидкостей кондуктометрические разновидности не подходят. Разницы в проводимости недостаточно для замыкания цепи и срабатывания контакта реле. Но при правильной настройке их можно использовать для определения границ раздела разнородных сред, например, между топливом и водой в сепараторах.
Разновидности кондуктометрических датчиков-реле
В зависимости от типа чувствительного элемента все кондуктометрические измерительные приборы разделяются на стержневые и тросовые. Первая группа представлена датчиками с жесткими стержнями длиной от 0,1 до 4 м с возможностью увеличения этого параметра с помощью удлинителей до 5-10 м.
Вторая группа датчиков имеет гибкие электроды длиной от 1 до 22 м, выбираемые при необходимости передачи сигнала на большие расстояния, но требующие защиты от переплетения и контакта со стенками.
Стержневые кондуктометрические датчики уровня более распространены, в зависимости от числа чувствительных элементов они разделяются на одно- и многоэлектродные. Первые устанавливаются в емкостях с металлическими стенками открытого и закрытого типа и имеют усиленную защиту от ложного срабатывания.
Они контролируют изменение только одного предела уровня, при необходимости его изменения положение датчика или длину электрода меняют.
Многоэлектродные разновидности задействуются при необходимости для контроля нескольких уровней жидкостей в емкостях с любыми стенками включая изоляционные материалы. Стандартные серии обычно имеют три независимых канала отслеживания (при максимуме в шесть), сложность схемы контроля зависит от числа реле и поставленных задач.
Как правило они устанавливаются вертикально, высоту стержней можно менять.
К общим требованиям монтажа относят:
- использование соединительных проводов с сечением не более 1,5 мм2;
- размещение передающего преобразователя в удобном для наблюдения и обслуживания месте;
- заземление дополнительного электрода или металлических стенок бака, выполняющих его функцию;
- запрет на размещение концов электродов в местах постоянного нахождения контролируемой жидкости или скопления воздушных пробок.
Короткие одноэлектродные стержневые разновидности длиной около 10 см лучше остальных подходят для горизонтального монтажа. Чаще всего их привинчивают к стенкам бака в трех точках: на нижнем и верхнем критическом уровне, и контрольной высоте. Такая схема оптимальна при выполнении стенок емкости из металла, в противном случае возникает потребность добавления длинного вертикального электрода.
Область и особенности применения, требования к рабочей жидкости
Датчики кондуктометрического типа успешно используются для измерения уровня жидкостей с проводимостью от 0,2 См/м, температурой до +350 °С и давлением в пределах 6,3 МПа. Точные значения характеристик зависят от материалов корпуса и изоляции и в обязательном порядке указываются производителем.
К самым распространенным типам рабочих жидкостей относят:
- водопроводную, техническую и морскую воду;
- слабые растворы солей, щелочей и кислот;
- сточные и дренажные воды;
- пищевые жидкости (квас, пиво, молоко, напитки).
Стандартной областью применения кондуктометрических датчиков считается измерение уровня жидкости в пищевой, химической и с/х промышленности и энергетике. В частности, их устанавливают в САУ линий производства продуктов и напитков, системах водоподготовки и снабжения, очистных, поливочных и дренажных сооружениях.
Безотказная работа при избыточном давлении делает возможной их эксплуатацию в котельных, насосных станциях и гидросооружениях. Тип рабочей емкости может быть любым, включая открытые и закрытые товарные резервуары разной формы и объема.
Датчики такого типа не предназначены для контроля за уровнем вязких, клейких или диэлектрических жидкостей. Ограничением к применению также может стать чрезмерное вспенивание или парение рабочей среды (в этом случае их заменяют более совершенными модификациями или другими типами ИП).
Коррозийные воздействия представляют опасность прежде всего для чувствительного элемента датчика, но в ряде случаев токопроводящие отложения образовываются и на его изоляции.
Производители решают эту проблему путем подбора разных материалов, учет их рекомендаций при выборе датчика с учетом параметров рабочей жидкости обязателен.
© 2012-2020 г. Все права защищены.
Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов
Дс универсальные кондуктометрические датчики уровня
Датчики уровня кондуктометрического типа предназначены для сигнализации уровней электропроводных жидкостей (вода, молоко, пищевые продукты – слабокислотные, щелочные и пр.). Принцип действия датчиков основан на изменении электропроводности между общим и сигнальным электродами в зависимости от уровня сигнализируемой жидкости.
Модификации кондуктометрических датчиков уровня ОВЕН ДС
Кондуктометрические датчики уровня ОВЕН ДС выпускаются для работы на различные давления и температуру. Датчик ДС.ПВТ предназначен для эксплуатации в насыщенном паре.
Модификации и основные параметры кондуктометрических датчиков уровня ОВЕН ДС
| Рабочее давление | 2,5 МПа | 0,25 МПа | 0,1 МПа | 2 МПа |
| Рабочая температура | 240 °С | 100 °С | 70 °С | |
| Количество электродов | 1 | 3 |
Стержни (электроды) для кондуктометрических датчиков уровня
Стержни выпускаются в исполнениях: 0,5 / 1 / 1,95 / 1,95 с адаптером / 2,5 / 3 / 3,5 / 4 м.
Стержень с адаптером позволяет увеличивать длину электродов. Фиксированная длина стержня – 1,95 м. Благодаря адаптеру можно наращивать длину электрода датчика до 10 м. Разборная конструкция электрода обеспечивает удобство транспортировки.
Материал электродов – сталь нерж. 12Х18Н10Т.
Стержни не входят в комплект поставки датчика, они заказываются отдельно. При заказе стержня с адаптером в комплект входит: электрод длиной 1,95 м с резьбой с двух сторон, адаптер, две гайки.
Конструкция. Принцип работы. Применение
Принцип действия кондуктометрического датчика основан на разнице между электропроводностью воздуха и жидкости. Эта разница фиксируется двумя электродами: сигнальным, установленным на необходимом уровне, и общим. Когда поверхность жидкости соприкасается с сигнальным электродом, происходит замыкание между двумя электродами.
Кондуктометрические датчики применяются для измерения уровня как в металлических, так и неметаллических резервуарах.
В металлических резервуарах количество применяемых для измерения сигнальных электродов соответствует числу измеряемых уровней, а общим электродом служит стенка резервуара. В этом случае потребителю следует приобрести один или несколько датчиков (в зависимости от количества сигнализируемых уровней) с электродами соответствующей длины.
В неметаллических резервуарах количество используемых датчиков должно быть на один больше, чем число сигнализируемых уровней, поскольку один из них служит в качестве общего электрода. Его длина должна быть максимальной по отношению к длине электродов других датчиков.| Габаритный чертеж | ||||||||||||||||||||||||
| Присоединительные размеры |
| М27×1,5 мм S30 | М20×1,5 мм S27 | G1/2 S24 | ||||||||||||||||||||
| Материал | Материал изолятора – полифениленсульфид | Материал изолятора – фторопласт | Материал корпуса –пластмасса | Материал корпуса –пластмасса | ||||||||||||||||||||
| Давление измеряемой среды, не более | 2,5 МПа | 0,25 МПа | 0,1 МПа | 2,0 МПа | ||||||||||||||||||||
| Максимальная рабочая температура | 240 °С | 100 °С | 70 °С | |||||||||||||||||||||
| Конструктивные преимущества | Особенности конструкции препятствуют скапливанию жидкости на датчике, предотвращая его ложное срабатывание | – | До трех уровней сигнализации, конструкция разделительных шайб (5 шт.) препятствует скоплению жидкости и практически исключает ложное срабатывание датчика |
* Стержень не входит в комплект поставки датчика, он заказывается отдельно.
Стержни (электроды)
| Габаритный чертеж | ||
| Длина стержней, L* | 0,5; 1; 1,95; 2,5; 3; 3,5; 4 м | 1,95 м |
| Присоединительные размеры | М3×0,5 мм | |
| Материал | сталь нержавеющая 12Х18Н10Т | |
| Конструктивные преимущества | Возможность укорачивать или наращивать длину поставляемых электродов до требуемой – в зависимости от условий применения. | |
| Комплектность | Стержень – 1шт. |
|
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.
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.
Измерение на высоком уровне: датчики уровня жидкости ОВЕН
29 июня 2011
Многофункциональные кондуктометрические и поплавковые датчики уровня ОВЕН (рис. 1) предназначены для контроля предельных уровней жидкостей в технологических емкостях и товарных резервуарах. Датчики уровня ОВЕН имеют все нормативные документы для их использования в промышленных приложениях.
Рис. 1. Ассортимент датчиков уровня ОВЕН
Кондуктометрические датчики
Кондуктометрические датчики уровня (рис. 2, 3) применяют для контроля одного или нескольких предельных уровней жидкости, проводящей электрический ток. К таким жидкостям относятся растворы кислот и щелочей, вода и водные растворы солей, пищевые продукты и т.п.
Принцип действия этих датчиков основан на разнице электрической проводимости жидкости и воздуха, фиксируемой электродом.
Кондуктометрические датчики бывают как одностержневыми (одноэлектродные), так и многостержневыми (многоэлектродные) — для контроля нескольких уровней жидкости.
Рис. 2. Датчик уровня кондуктометрический 3-стержневой ОВЕН ДСП.3
Рис. 3. Датчик уровня кондуктометрический ОВЕН ДС.ПВТ
Кондуктометрические датчики (типа ДУ, ДС и ДС.ПВТ) в простейшем случае представляют собой изолированные металлические электроды, выполненные из нержавеющей стали.
Один электрод является общим для всей схемы контроля, он устанавливается в резервуаре так, чтобы его рабочая часть находилась в постоянном контакте с жидкостью (от нижнего до верхнего уровня контроля). При установке в металлическом резервуаре его корпус может быть использован в качестве общего электрода.
Остальные электроды являются сигнальными и располагаются на соответствующих своему назначению уровнях. По мере заполнения резервуара электроды, соприкасаясь с жидкостью, замыкают электрическую цепь между общим и соответствующими сигнальными входами прибора.
Компания ОВЕН выпускает различные модели кондуктометрических датчиков (таблица 1).
Таблица 1. Технические характеристики кондуктометрических датчиков ОВЕН
| Конструктивное исполнение | ||||||
| Материал изолятора | Фторопласт | Пластмасса | Фторопласт | Керамика | Полиэтилен | Пластмасса |
| Материал электрода | 12Х18Н10Т | |||||
| Длина электрода, м | 0,5; 1,0; 1,95 | |||||
| Рабочее положение | Вертикальное и горизонтальное | Вертикальное | ||||
| Параметры контролируемой среды | ||||||
| Рабочее избыточное давление, атм, не более | 2,5 | 1 | 25 | 10 | – | 1 |
| Температура, 0С, не более | 100 | 100 | 240 | 190 | 85 | 100 |
| Резьбовое соединение | + | – | + | |||
| Защищенность от воздействия пыли и воды, IP56 | – | + | ||||
| Срок службы | Не менее 12 лет |
Одноэлектродные датчики (ДС.1, ДС.2, ДС.П, ДС.ПВТ, ДС.К) предназначены для контроля уровня жидкости в металлических резервуарах открытого и закрытого типа. Гильза датчиков изготавливается из керамики, фторопласта и пластмассы.
К отличительным особенностям нового датчика ДС.ПВТ относятся: гидравлическая прочность 30,0 МПа; особенность структуры, предотвращающая скопление жидкости и ложное срабатывание; а также повышенная прочность по сравнению с керамическими датчиками.
Трех-, четырех- и пятиэлектродные датчики (ДУ.3, ДУ.4, ДУ.5) используются для контроля двух, трех, четырех уровней жидкости в резервуарах открытого типа со стенками, выполненными из изоляционного материала.
Новый 3-стержневой кондуктометрический датчик уровня — ДСП.3 (рис. 2) предназначен для контроля двух/трех уровней электропроводных сред (неагрессивных к материалу датчика 12Х18Н10Т).Он может использоваться в резервуарах открытого и закрытого типа. В отличие от ранее выпускающихся датчиков ДСП.
3 может работать в резервуарах с металлическими стенками и устанавливается в корпусе посредством резьбового соединения.
Преимущества датчика ОВЕН ДСП.3:
- Компактность (расположение электродов в вершинах равностороннего треугольника);
- Удобство крепления посредством резьбового соединения (G1/2);
- Наличие фиксирующих шайб, исключающих схлестывание электродов;
- Герметичность клеммного соединения, обеспечивающаяся защитным колпачком из термоэластопласта;
- Удобство подключения соединительных проводов посредством винтового соединения;
- Выгодное соотношение цена/качество
Новый датчик ОВЕН ДСП.3 может применяться в резервуарах для хранения воды, на водонапорных станциях, очистных и поливочных сооружениях, бассейнах.
Поплавковые датчики уровня
Поплавковые датчики уровня — одни из самых недорогих и вместе с тем надежных устройств для измерения уровня жидкости (рис. 4).
Рис. 4. Поплавковые датчики уровня ОВЕН ПДУ
Они устойчивы к пене и пузырькам, могут работать с вязкими средами, а также (в отличие от кондуктометрических датчиков) с неэлектропроводными жидкостями. Датчики уровня жидкости имеют поплавок со встроенным магнитом.
Поплавок передвигается по вертикальному штоку (рис. 5), представляющему собой полую трубку, в которой находится геркон.
При повышении или спаде уровня жидкости — при приближении магнита — срабатывает герконовый переключатель.
Рис. 5. Принцип действия поплавкового датчика уровня
Следует помнить, что датчики уровня поплавкового типа не подходят для измерения липких, засыхающих и замерзающих жидкостей, а также жидкостей с механическими включениями.
Поплавковые датчики ОВЕН ПДУ
Датчики выпускаются в трех конструктивных исполнениях для монтажа на вертикальную и горизонтальную стенку резервуара (таблица 2), а также на горизонтальную стенку резервуара для жидкостей с низкой плотностью (не менее 0,66 г/см2).
Таблица 2. Технические характеристики поплавковых датчиков уровня ОВЕН ПДУ
| Количество измеряемых уровней | 1 | 1 | 1 |
| Расположение оси крепежного отверстия датчика в резервуаре | Горизонтально | Вертикально | |
| Положение контакта при осушении датчика (поплавок датчика расположен внизу по отношению к месту закрепления) | Нормально-разомкнутый | ||
| Плотность измеряемой среды, г/см3, не менее | 0,70 | 0,66 | |
| Температура измеряемой среды, °С | -40…105 | ||
| Давление измеряемой среды, не более, МПа (кгс/см2) | 1,5 (15) | 4,1 (41) | |
| Максимальная коммутируемая мощность, Вт | 10 | 30 | |
| Максимальный коммутируемый ток, А | 0,5 | 2 | |
| Максимальное коммутируемое напряжение постоянного тока, В | 180 | 300 | |
| Количество срабатываний при напряжении коммутации =24 В, токе 0,25 А | 1×106 | ||
| Степень защиты корпуса | IP67 | ||
| Длина кабельного вывода, м | 0,2 |
Если установка датчика в верхней части емкости невозможна, то поплавковый датчик уровня можно вмонтировать в стенку резервуара (рис. 6).
Рис. 6. Варианты крепления ПДУ: горизонтальное (ПДУ-1.1) и вертикальное (ПДУ-2.1, ПДУ-3.1)
В этом случае поплавок с магнитом крепится на шарнире, а герконовый выключатель — в корпусе датчика. Такие датчики срабатывают, когда уровень жидкости достигает поплавка, и предназначены для сигнализации предельного уровня. Вертикальное крепление позволяет отслеживать как промежуточные, так и предельные уровни (переполнение, недолив), горизонтальное — только промежуточные уровни.
Применение поплавковых датчиков ОВЕН ПДУ
Датчики уровня поплавкового типа ОВЕН ПДУ используются для контроля уровня самых разных продуктов (сточных вод, химически агрессивных жидкостей или пищевых продуктов). Они применяются для измерения как текущего, так и предельного (максимального или минимального) уровня жидкости.
С помощью поплавковых датчиков решаются задачи контроля уровня жидкости в транспортных средствах. Прежде всего, задачи по контролю объема топлива в тяжелой технике: грузовиках, экскаваторах, тепловозах.
Здесь датчики работают в условиях сильной вибрации и волнения на поверхности жидкости.
Для устранения влияния этих факторов поплавковый датчик помещают в специальную демпферную трубу с диаметром больше диаметра поплавка.
Заключение
Компания ОВЕН в ближайшее время планирует выпустить новые модификации датчиков:
- Многоуровневые поплавковые датчики уровня для измерения предельных уровней жидкости с аналоговым выходом тока (4…20мА) или напряжения (0…10В) для непрерывного измерения уровня в резервуарах;
- Емкостной датчик уровня с точностью измерения 1…1,5% и диэлектрической проницаемостью измеряемой среды 1,7 < x < 100.
Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail: automation.vesti@compel.ru
•••
Выбираем датчики уровня воды в резервуара и емкостях: виды, принцип действия
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.
Различные виды датчиков 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
Это наиболее простой, но, тем не менее, действенный и надежный способ измерения жидкости в баке или другой емкости. С примером реализации можно ознакомиться на рисунке 2.
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.
Принцип работы сигнализатора продемонстрирован на рисунке 3.
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
Электродные (кондуктометрические) сигнализаторы позволяют контролировать один или несколько уровней электропроводящей среды (то есть, для измерения наполнения бака дистиллированной водой они не подходят). Пример использования устройства приведен на рисунке 4.
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
Эти сигнализаторы могут измерять как предельное, так и текущее заполнение резервуаров. Их принцип действия продемонстрирован на рисунке 7.
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.
Совсем не обязательно для этой цели покупать лазерный или радиолокационный сигнализатор уровня, собственно, никакой приобретать не нужно. Несложная задача требует простого решения, оно показано на рисунке 8.
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.
Овен дс универсальные кондуктометрические датчики уровня – страница каталога овен, купить в интернет-магазине компании
Датчики уровня кондуктометрического типа предназначены для сигнализации уровней электропроводных жидкостей (вода, молоко, пищевые продукты – слабокислотные, щелочные и пр.). Принцип действия датчиков основан на изменении электропроводности между общим и сигнальным электродами в зависимости от уровня сигнализируемой жидкости.
