Датчики уровня

Конструкция датчиков ОВЕН ПДУ очень проста. Датчик имеет  поплавок, передвигающийся по вертикальному  штоку. Внутри поплавка находится постоянный магнит, а в штоке, представляющем собой полую трубку, находится  геркон. Герконовый контакт срабатывает  при приближении магнита.

Если установка датчика  сверху емкости невозможна, то поплавковый  датчик уровня можно вмонтировать в стенку емкости. В этом случае поплавок с магнитом крепится на шарнире, а герконовый выключатель в корпусе датчика. Такие датчики срабатывают, когда жидкость достигает поплавка и предназначены для сигнализации предельного уровня.

Датчики ОВЕН ПДУ могут  работать при температурах до 105 °С в химически агрессивных средах. Материал - нержавеющающая сталь (12X18H10T).

Следует помнить, что датчики  уровня поплавкового типа не подходят для измерения липких и засыхающих жидкостей, жидкостей с механическими  включениями, а также в случае замерзания жидкости.

 

Рисунок 9 - Датчики ОВЕН ПДУ

Возможно два варианта крепления: горизонтальное (ПДУ-1.1) и  вертикальное (ПДУ-2.1, ПДУ-3.1).

Вертикальное крепление  позволяет отслеживать как промежуточные, так и предельные (переполнение, недолив) уровни, горизонтальное –  только промежуточные уровни.

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

Рисунок 10 – Схема перемещения

Повышение уровня жидкости в резервуаре приводит к перемещению  поплавка вверх и замыканию контакта датчика уровня.

Рисунок 11 – Вертикальное крепление датчиков

Если резервуар имеет  конструкцию, показанную на рисунке, то возможен вариант вертикального  крепления трех датчиков ПДУ-2.1 или  ПДУ-3.1 с отслеживанием промежуточного уровня.

Датчики подключаются к сигнализатору  уровня, например ОВЕН САУ-М6.

Ведущие производители: NIVOFLOAT, Grundfos.

 

Рисунок 12 – Общий вид магнитострикционного датчика

 

В основе принципа действия датчика лежит магнитострикционный  эффект. Поплавок движется по скользящей трубке и передаёт уровень жидкости на сензор (рисунок 13). В поплавке находится магнит, в скользящей трубке натянут провод (1) из магнитострикционного материала. Вокруг провода находится магнитное поле (3). При помощи короткого импульса тока создаётся кратковременное магнитное поле по всей длине провода. Магнитное поле магнита, который находится в поплавке (4) соприкасается с проводом. В результате взаимодействия двух полей возникает механическая (акустическая) волна, которая со скоростью звука движется в сторону измерительной головки датчика. В голове датчика (2) на конце провода эта механическая волна преобразуется с помощью пьезокерамического преобразователя в электрический сигнал. Значение уровня вычисляется в измерительной голове датчика по разнице во времени между отправлением электрического импульса и приходом звуковой волны.

Рисунок  13 - Конструкция магнитострикционного датчика

 

Один из способов применения магнитострикционных датчиков - измерение  уровня бензина в подземных резервуарах  автозаправочных станций.

Магнитострикционные датчики  выпускаются например фирмами Balluff ( Micropulse ), MTS Sensors ( Temposonic и Level Plus), TR Electronic и другими. Еще одним отличием от традиционных датчиков уровня является то, что в магнитострикционных датчиках уровня в качестве штока, по которому перемещается поплавок, может быть использован гибкий трос. Тем самым измеряемая длина может составлять 12 и более метров, сохраняя при этом непревзойденную точность измерений.

По сравнению с традиционными  системами измерений расстояния, магнитострикционные обладают важными  преимуществами:

- нечувствительность к  вибрациям, ударам, загрязнению,  влажности и т.д.;

- долгий срок службы  и отсутствие необходимости в  специальном обслуживании, благодаря  бесконтактному принципу работы;

-отсутствие необходимости  возвращаться в начальную точку  при отключении питания, т.е.  абсолютный выходной сигнал;

-высокая линейность, повторяемость  и разрешение;

-позиционер (магнит) не нуждается  в подаче питания;

-высокая степень пылевлагозащиты  IP67/IP68.

 

 

 

 

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 14) 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 14 - 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.

ЗАО "ЛИМАКО" - признанный лидер среди Российских производителей радарных уровнемеров.

Радарные уровнемеры УЛМ  применяют для измерения уровня жидких веществ - дизельного топлива, бензина, растворителей, нефти, мазута, кислоты, щелочи, бурового раствора, воды, патоки, пива, и для измерения уровня сыпучих  материалов - угля, угольной пыли, сажи, технического углерода, цемента, минеральных  удобрений, руды, щебня, песка и т.д.

 

 

Рисунок 15 - Уровнемер УЛМ-11

Радарный уровнемер УЛМ-11 предназначен для высокоточного  бесконтактного измерения уровня  жидких продуктов и сыпучих материалов в резервуарах. Уровнемер УЛМ-11 применяется  для измерения уровня жидких продуктов таких как нефть, бензин, дизельное топливо, мазут, кислота, щелоч, битум, пиво, масло, спирт (пищевой), метанол, вода, фенол и т.д., и измерения уровня сыпучих матералов таких как угольная пыль, уголь, цемент, щебень, сажа (технический углерод) и т.д.

Рабочая температура окружающей среды в месте установки датчика  уровня находится в диапазоне  от -600С до +500С, при этом никаких  дополнительных утеплителей и обогревателей  не требуется. Нормальное функционирование уровнемера при столь низких температурах обеспечивается внутренней, автономной системой подогрева, которая поддерживает необходимую рабочую температуру внутри датчика уровня.

В датчиках уровня уровнемера УЛМ-11 применен защищенный принцип  размещения антенны - антенна целиком  находится внутри корпуса датчика  и изолирована от внешнего пространства фторопластовой линзой специальной  выпуклой формы. Форма линзы способствует стеканию влаги с ее поверхности, а температура на внешней поверхности  защитной линзы всегда выше температуры  окружающей среды (роса всегда выпадает на более холодных поверхностях). Такой  комплекс мер гарантирует невыпадение росы на антенне и отсутствие загрязнений способных повлиять на точность и стабильность измерения уровня.

При такой конструкции  датчика уровня отсутствует необходимость  опускания внутрь резервуара антенны, поэтому датчик уровня уровнемера УЛМ-11 можно целиком изолировать от внутреннего объема резервуара при помощи радиопрозрачной прокладки (фторопластовой, кварцевой, керамической и т.д.). Эта опция удобна при измерении уровня агрессивных веществ (кислот, щелочей и т.д.), пищевых продуктов, перегретых продуктов и продуктов хранящихся в резервуарах с избыточным давлением.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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.

В зависимости от области  применения, выпускаются датчики  уровня с пороговым или аналоговым выходами, а так же цифровыми интерфейсами, например PrifiBus, RS485. Ультразвуковые датчики компактны, имеют надежную конструкцию, не имеют подвижных частей и практически не нуждаются в обслуживании. Современная электроника ультразвуковых датчиков уровня, и их правильный монтаж позволяет убрать помехи, возникающие от отражения сигнала от стенок емкости, обогревателей или охладителей внутри емкости, а так же работающих мешалок.

Рисунок 16 - Ультразвуковой датчик уровня Siemens Sitrans Probe LU

 

Ультразвуковые датчики  уровня Siemens probe lu широко используются для измерения и контроля объема жидких и сыпучих веществ в резервуаре и уровня заполнения емкости. Принцип работы ультразвуковых уровнемеровоснован на том, что звуковые волны отражаются от препятствия, которыми являются объекты измерения. Излучатель ультразвукового уровнемера, расположенный в корпусе датчика, посылает ультразвуковые волны, часть которых отражается от объекта измерения и возвращается назад в приемник. В датчике принятый отраженный сигнал преобразуется встроенной электроникой в напряжение. Таким образом, интегрированный контроллер измеряет время, за которое сигнал проходит путь от излучателя, отражается от объекта и возвращается в приемник. Преимущества ультразвуковых датчиков уровня очевидны, ведь отсутствует контакт с продуктом, а поэтому на уровнемере не образуются отложения. Приборы очень компактны, имеют надежную конструкцию, не имеют подвижных частей и практически не нуждаются в обслуживании.

Уровнемер Sitrans Probe LU подходит для измерений уровня воды, сточных вод и химикатов. Диапазон измерения ультразвукового уровнемера Siemens Probe LU составляет 6 или 12 метров в зависимости от конфигурации. Функция автоматического подавления ложных отражений эхо-сигнала от неподвижных встроенных деталей, улучшенное отношение сигнал/шум и увеличенная точность в 0.15% от диапазона измерения обеспечивают высочайшую надежность и точность ультразвукового датчика уровня Probe LU.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вибрационные датчики уровня.

 

 

Рисунок 17 – Датчик уровня заполнения вибрационного типа

 

Вибрационный датчик уровня состоит из вилки, которая является чувствительным элементом, и преобразователя. Принцип работы такого датчика заключается  в следующем - вибрационная вилка  вибрирует под пьезоэлектрическим воздействием на своей механической резонансной частоте, частота передается на встроенную электронику. Если зонд покроется загружаемым материалом - жидкостью или сыпучими продуктами, то это приведет к изменению колебания. Затухание частоты будет уловлено электроникой, которая выдаст команду  и сработает соответствующий  выход переключения.

Достоинством вибрационных датчиков уровня является невосприимчивость  к размерам частиц, плотности и  влажности среды, к влиянию электрических  и магнитных полей. Вибрационный датчик уровня сохраняет работоспособность  даже при значительном налипании  контролируемого материала на рабочие  поверхности пластин резонатора. На показания вибрационных датчиков уровня не влияет наличие пены, пузырьков, взвешенных частиц в измеряемой среде.

Возможно применение вибрационных датчиков уровня для воды, порошкообразных  и гранулированных сыпучих материалов, которые не склонны к сильному образованию отложений.

Данный датчик можно также  использовать в качестве датчика  потока, для защиты насосов от сухого хода. Возможна установка на трубу.

 

 

 

 

 

 

Ротационные датчики уровня.

 

Рисунок 18 – Датчик уровня ротационного типа

Ротационный датчик уровня имеет лопасть, которую приводит в движение синхронный двигатель. При появление какой-либо среды, которая препятствует вращению лопасти – датчик срабатывает.

 Как правило, ротационные  датчики применяют для сигнализации  уровня сыпучих сред: зерно, различные  корма, цемент, пластиковые гранулы  или древесная стружка.