Какие бывают датчики уровня жидкости

Какими бывают датчики уровня воды в баке и как их выбрать?

Датчики уровня воды предназначаются для отслеживания и регулировки уровня жидкостей в ёмкости. Имеются и иные виды датчиков, регулирующих количество сыпучих сред в баках. Используются уровнемеры и в промышленности, и в быту. Виды их и принципы работы многообразны.

Описание и принцип работы

Датчик уровня воды в баке и иных ёмкостях применяется в системах контроля, организуемых в целях автоматизации ряда производственных процессов. Когда контролируемая по уровню жидкая среда достигает определённой отметки, то такой датчик сигнализирует об этом, а система контроля реагирует на этот сигнал определённым образом. Уровнемеры применяются и в быту, например, в запорной арматуре для унитазов или в системах, отключающих насос скважины.

Конструктивные особенности датчиков характеризуются рядом общих параметров.

1. По функциональному признаку их разделяют на сигнализирующие устройства и уровнемеры. Сигнализаторы контролируют конкретную отметку заполнения ёмкости (наибольшую или наименьшую). Уровнемеры осуществляют непрерывный контроль уровня технологической среды.
2. Изделия эти многообразны, а в принцип их действия могут быть заложены гидростатические законы, свойства электропроводности, магнетизма, оптики, акустики и прочее. Одновременно это является и основным параметром, определяющим сферы их применения.
3. Метод измерения может быть контактным или бесконтактным.
4. Ключевые конструктивные особенности датчиков определяются качествами технологических сред, в которых они используются.

Обзор видов

По принципу действия сигнализирующие устройства делят на виды:

• поплавочные;
• ультразвуковые;
• устройства, действующие на емкостном принципе;
• электродные;
• радарные;
• использующие принципы гидростатики.

Поплавочные – наиболее просты конструктивно, они действуют как обычный клапан, а автоматика здесь минимальна. Собственно, этим и обеспечивается их надёжность. В конструкцию входит поплавок с магнитом и два геркона, которые устанавливаются на определённых, контрольных уровнях. Принцип действия, кратко:

• при полном опустошении резервуара поплавок снижается до уровня нижнего геркона, который запускает специальное реле, питающее насос, и вода начинает закачиваться из скважины в резервуар;
• вода подходит к верхнему контролируемому уровню, поплавок приближается к верхнему геркону и включает его, срабатывая;
• геркон выключает реле, после чего насос заканчивает процесс пополнения водой ёмкости.

Поплавочные сигнализаторы поступают в продажу в различных исполнениях, а их настройка проста.

Ультразвуковые датчики – измерители, используемые и для жидких, и для сухих сред, выпускаются и в аналоговом, и в дискретном варианте. Иными словами, они могут прекращать пополнение ёмкостей при достижении определенной отметки или же отслеживать процесс непрерывно. Изделие содержит источник ультразвука, его приемник и особый контроллер, обрабатывающий сигнал.

Порядок работы системы:

• появляется импульс ультразвука, который принимается приёмником;
• происходит анализ длительности затухания сигнала – при полном баке затухание будет коротким, но по мере падения уровня воды оно станет увеличиваться.

Этот вид сигнализаторов является бесконтактным, беспроводным, а потому вполне может применяться в агрессивной или взрывоопасной среде. После изначальной и правильной отладки такой прибор не потребует специального обслуживания, а отсутствие в конструкции каких-либо двигающихся элементов значительно увеличивает сроки его эксплуатации.

Электродные, или кондуктометрические, устройства предназначены для контроля над одним или несколькими уровнями электропроводящих сред. Примером может послужить трехуровневый электронный прибор, где два электрода отслеживают процесс заполнения бака, а третий – аварийный, на случай проведения срочной откачки жидкости.

Емкостные – приборы, предназначеные для определения максимального уровня заполнения резервуаров. Применяются для жидких и сыпучих сред. Принцип срабатывания прибора аналогичен работе конденсатора – замеры емкости между особыми чувствительными пластинами. Когда объем достигает критической отметки, поступает импульс на контроллер. В отдельных вариантах задействуется исполнение «сухой контакт», то есть прибор срабатывает через стенку ёмкости, вне доступности к технологической среде.

Эти приборы функционируют в больших температурных диапазонах, на них не действует электромагнитное поле, а процесс срабатывания возможен на значительных расстояниях. Такие параметры устройств значительно расширяют сферы их использования вплоть до экстремальных условий применения.

Радарные – универсальные датчики, работающие с любыми средами, включая агрессивные и взрывоопасные, независимо от степени давления и температурных режимов. В основе устройства находится излучатель радиоволн и приёмник, который получает отражённый сигнал. Время его задержки определяет степень наполнения ёмкости. На показатели прибора не влияет даже степень запылённости среды (в отличие от лазерных датчиков). Погрешность прибора не превышает 1 мм.

Гидростатические устройства измеряют и наибольшую степень заполнения ёмкости, и её текущую наполненность. Прибор работает на принципе измерения степени давления, производимого соответствующим жидкостным столбом. Дешевизна устройства и небольшая погрешность показаний сделали его весьма ходовым в промышленности.

Среди множества типов аналогичных устройств отметим также ротационно-флажковые и радиоизотопные измерители, которые нашли свои сферы применения и для сыпучих, и для жидких сред.

Лучшие модели

Обратимся к примерам самых надёжных и точных устройств.

• ДЕ-1 – пример емкостного датчика, используемого для агрессивных сред в металлургии и химии. Контролирует температурные и уровневые параметры сыпучих и жидкостных сред. Надёжность прибора позволяет использовать его в конструкциях, обеспечивающих аварийную защиту.

• ЭСУ-1 – определитель уровня, корпус которого выполнен из стали. Подавляющее большинство таких устройств используют для контроля над агрессивными и взрывоопасными средами. При этом источник энергии вынесен за пределы самого прибора. Устройство способно определять уровень нефтепродуктов и спиртов.

• РУ-305 – реле (регулятор) степени заполнения ёмкостей жидкими средами. Корпусная его часть выполнена из специального материала, выдерживающего значительные температурные перепады (от-50 до +50°С). Датчик запрещён к применению в активных химических средах. Минусом прибора является его способность срабатывать исключительно в конкретном положении (без наклонов). Замеры осуществляются с помощью перемещения магнита с поплавком и его взаимодействия с герконами.

• СУ-100 – этот прибор контролирует уровень сухих и жидких консистенций. В основе конструкции находится электромагнитное реле.

• Rosemount 5600 – один из типов радарных приспособлений, способных производить замеры в любых средах. Требует правильной установки, при которой обеспечивает высокую точность измерений. Однако на степени точности его показаний могут негативно сказываться воздействия электромагнитных полей. Корпус изделия взрывозащитный, оснащён специальным дисплеем, где высвечиваются отслеживаемые параметры. Устройство может применяться для выполнения температурных замеров в ёмкостях. Нуждается в высококвалифицированной настройке, при которой учитывается диаметр труб, длина прибора и дистанция между уровнем и его опорной отметкой.

Понятно, что усложнённые (с индикацией на светодиодах, с иными указателями, для горячей среды) приборы целесообразнее покупать для промышленности. Для бытовых же вариантов использования вполне подойдут простые конструкции датчиков.

Советы по выбору

Выбор уровнемера для воды зависит от ряда факторов, главные из них:

• состав жидкости и посторонние включения изменяют параметры плотности и электропроводности раствора, что приводит к искажению замеряемых параметров;
• следует учитывать объемы ёмкостей и особенности материалов, из которых они изготовлены;
• особенности функционального назначения резервуара для хранения жидкости;
• допустимость и возможность интеграции в схему автоматизированной управляющей системы;
• коммутационные особенности приборов.

Приведённый перечень возможных критериев отбора устройств является далеко не исчерпывающим. Конечно, для выбора бытовых устройств можно ограничиться объемами ёмкостей, видом срабатывания и особенностями схемы управления.

Как установить?

​​​​Установить, к примеру, поплавковое устройство к насосу абсолютно несложно. Самым простым методом будет его размещение в самой ёмкости. При этом используем поплавок с кабелем и особым грузом. Обычно все это находится в комплекте с прибором.

Порядок действий:

• закрепляем груз на кабеле;
• определяем протяжённость свободного хода поплавка (узнать это можно простым измерением);
• фиксируем защелкой груз на кабеле;
• крепим кабель на внешней стороне бака;
• подключаем устройство к насосу.

Какими бывают датчики уровня воды в баке и как их выбрать, смотрите в видео ниже.

Датчики уровня воды в емкости: принцип работы и особенности выбора приборов

Контроль уровня сред – это важный технологический процесс, от которого зависит эффективность и результативность всего производства.

Содержание

В большинстве случаев эта задача решается путем интегрирования в систему специального устройства, помогающего отслеживать количество жидкого материала по уровню его поверхности. Датчик контроля уровня жидкости может выдавать дискретный или непрерывный сигнал в зависимости от своего принципа действия и особенностей конструктивного исполнения. Перед его покупкой следует проанализировать работу всей системы и определить характеристики исследуемой среды, чтобы подобрать наиболее подходящие устройства для измерений и сигнализации уровня.

Для чего нужен контроль уровня рабочей среды

Уровень – это высота заполнения производственного оборудования жидкой рабочей средой. Он представляет собой важный параметр, информация о котором нужна для:

• управления производственными процессами;
• контроля режима работы технологических агрегатов;
• проведения товароучетных операций.

Измерение уровня воды в резервуаре, колодце или скважине позволяет контролировать количество веществ и предупреждать внезапную остановку технологических процессов. Ведь если запас материала в аппарате сильно уменьшится или увеличится (по сравнению с номинальным значением), это может привести к серьезным нарушениям на производстве. Но сигнализация уровня воды позволяет предотвратить аварии и поломки оборудования.

Особенности приборов для сигнализации и измерения предельного уровня жидкости

Наибольшей популярностью на рынке пользуются датчики для измерения уровня жидкости, приборы, при помощи которых устанавливается масса материала, и сигнализаторы предельных значений. Все эти устройства имеют разные способы контроля уровня жидкости. Они определяются конкретными химическими и физическими свойствами материалов, а также технологическими задачами, которые должен выполнить сигнализатор уровня жидкости в промышленности.

Конструкция датчика уровня воды: из чего состоит регулятор

Вне зависимости от того, как именно функционирует датчик уровня жидкости, он состоит из трех основных узлов:

1. Чувствительного элемента, который реагирует на характеристики рабочего потока: наличие жидкости, высоту столба, уровень воды в баке, факт передвижения рабочей среды в нужном направлении и т.д.
2. Балластного элемента, который предназначен для уравновешивания сенсорной части прибора. Без балласта датчик уровня воды не будет нормально работать, т.к. сенсор станет срабатывать даже при небольших толчках.
3. Передающей или исполнительной части, которая преобразует сигнал сенсора в конкретное действие, в результате чего могут загораться индикаторы, свидетельствующие о достижении нужного уровня воды в баке.

В рамках техобслуживания датчиков уровня воды необходимо проводить проверку всех узлов и деталей.

Принцип работы различных датчиков уровня жидкостей: категории сигнализаторов

Существует много надежных приборов, при помощи которых измеряют параметры жидкости в резервуаре. Потребитель должен оценить характеристики этого оборудования и подобрать те устройства, которые больше всего отвечают требованиям производственной линии.

По принципу действия датчики уровня воды разделяются на емкостные, поплавковые, ультразвуковые, радарные и гидростатические погружные датчики жидкости (приборы имеют разные конструктивные исполнения). Работа емкостных устройств базируется на свойстве конденсатора менять свою емкость в зависимости от параметров окружающей среды. При изменении уровня воды в резервуаре или какой-либо иной жидкости (к примеру, топлива) ёмкость конденсатора сразу же меняется, что отображается в его показателях. Простой емкостный сигнализатор уровня пользуется большим спросом на рынке, поскольку в нем нет подвижных элементов, и он надежен и стабилен (в отдельных случаях такие устройства применяются даже для сыпучих материалов).

Стандартный поплавковый датчик уровня воды можно использоваться для измерения практически всех существующих жидкостей (кроме тех веществ, которые проявляют коррозийную активность к материалу самого прибора). Такой контроллер состоит из поплавка в магнитном корпусе и герконов в контрольных точках. При этом поплавковые датчики могут иметь как шарообразный, так и цилиндрический поплавок, за счет которого и происходит контроль уровня воды или иной рабочей среды. Форму поплавка следует выбирать с учетом степени вязкости материала. Процедура измерения уровня воды с помощью такого оборудования состоит из следующих этапов:

• опустошение до предельного уровня емкости;
• сигнализация уровня жидкости одним из герконов (обычно поплавковые датчики уровня имеют 2 геркона);
• опускание поплавка до второго герконов;
• включение герконом реле, которое подает и контролирует питание насоса;
• закачка насосом воды или других жидкостей;
• доведение уровня воды до максимальной отметки (если она поднимется выше, может случиться сбой оборудования);
• поднятие поплавка до геркона-2 (после чего погружной датчик уровня «нажимает» на выключатель);
• выключение реле уровня воды;
• прекращение работы двигателя насоса.

При необходимости герконовый поплавковый датчик уровня воды в емкости можно сделать своими руками. При этом его настройка будет заключаться просто в установке параметров включения и выключения.

Датчики уровня воды в емкости радарного типа строятся по принципу FMCW или ЛЧМ -радиолокатора. Обработка сигнала в них происходит за счет применения процессоров DSP (или цифровой обработки сигналов). Они измеряют уровень за счет радиолокационного воздействия. Этот способ позволяет минимизировать влияние различных помех и шумов на линии.

Бесконтактный ультразвуковой датчик уровня воды в баке похож на устройство радарного типа. При его установке в резервуар с рабочей средой монтируется блок в виде генератора и приемника УЗ-волн. В этом случае излучение генератора проходит газовую среду и, отражаясь от поверхности жидкости, попадает на приемник. Задержка между излучением и приемом ультразвука позволяет измерить точные параметры жидких сред в резервуаре. Ультразвуковые датчики могут применяться на любом производстве.

Функционирование гидростатических датчиков уровня основывается на измерении давления столба материала над специальным детектором в аппарате. Такие приборы отличаются невысокой ценой и простотой обслуживания. Их главным минусом можно назвать то, что они не являются бесконтактными. Это не дает возможность использовать их для измерения агрессивных жидкостей, а потому такой погружной датчик уровня применяется преимущественно для воды, масла, пищевых продуктов и т.д.

Все сигнализаторы могут работать в автономном режиме. Ими можно управлять с помощью специальных команд и определенного программного обеспечения.

Как выбрать самый лучший датчик контроля уровня воды в интернет магазине: цены и характеристики

Правильный подбор датчика уровня воды в емкости обеспечивает его точную и бесперебойную работу в реальных промышленных условиях. Он считается залогом стабильности всех технологических процессов. Выбор измерительного устройства предполагает учет ряда важных параметров:

• принцип действия (автоматический или ручной);
• точность (все датчики уровня воды измеряют материалы с определенной погрешностью: ее размер можно найти в сопроводительных документах к устройству);
• материал емкости, в которой проходят замеры контроля уровня воды и иных жидких сред (обычно для этих целей используется нержавеющая сталь);
• интерфейс (контроллер уровня воды, датчик может иметь интерфейс в электрическом или механическом исполнении);
• надежность (этот параметр часто связывают с авторитетом производителя, а потому перед покупкой стоит почитать отзывы о конкретной компании);
• время, в течение которого датчик измеряет уровень воды;
• параметры взаимодействия с рабочей средой (бесконтактный или кабельный погружной датчик);
• параметры информирования (в продаже можно найти датчик уровня воды с сигнализацией звуком, цветом, вибрацией и т.д.);
• наличие ЖК-экрана (большой и широкий жидкокристаллический экран упрощает применение прибора начинающим пользователем);
• режимы рабочей температуры;
• стоимость (перед покупкой стоит сравнить цены на разные виды приборов).

Также покупателю следует смотреть на наличие деклараций и сертификатов о качестве. По закону сигнализаторы уровня жидкости подлежат обязательной сертификации только в форме декларирования, но в большинстве случаев производители и поставщики проводят дополнительные проверки, чтобы подтвердить безопасность и экологичность продукции. В рамках этих экспериментов определяются показатели защиты от механических повреждений, вибрации, излучений звукового давления.

После всех исследований на уровнемеры оформляются протоколы лабораторных испытаний и добровольные сертификаты соответствия (экологической безопасности, СМК для производства, ISO и т.д.). С содержанием этих документов можно ознакомиться заранее в режиме онлайн. Как правило, их сканы можно найти на официальном сайте компании-изготовителя.

Где можно недорого купить датчики уровня: продажа товаров оптом и в розницу

UWT Level Control много лет занимается производством и реализацией различных датчиков и сигнализаторов промышленного и бытового назначения. Все оборудование фирмы полностью соответствует требованиям ГОСТов и ТР ТС. Ассортимент организации постоянно увеличивается и обновляется. В UWT Level Control можно купить в розницу и оптом датчики с любым принципом действия:

• устройства для измерения воды в баке с кабелем и без;
• регуляторы воды в скважине;
• датчики уровня жидкости;
• сигнализаторы уровня с реле контроля сточных вод;
• уровнемеры для сыпучих продуктов и т.д.

Для каждого изделия на сайте представлены основные технические параметры. За счет подробного описания покупатели могут сравнить разные модели устройств, не прибегая к помощи online консультантов. Такой поиск и подбор по характеристикам позволит быстро найти нужный контроллер уровня воды.

Интерактивный каталог обновляется в режиме реального времени. Все товары, представленные на сайте, есть в наличии. Их доставка возможна в любой город РФ: в каталоге можно купить датчики в дистанционном режиме вне зависимости от того, где именно находится клиент.

Рекомендации по выбору датчиков уровня

На сегодняшний день существует большое количество автоматизированных систем управления различными технологическими процессами, и одной из основных задач таких процессов, является контроль уровня сред. Данная статья написана с целью помочь разобраться в нюансах подбора необходимого датчика уровня.

Производители выпускают множество типов датчиков уровня, базирующихся на различных принципах работы и применяемых с жидкими и сыпучими материалами. Такой широкий ассортимент может сбить с толку человека несведущего в вопросах уровнеметрии, и неверный выбор датчика никак не решит поставленных задач, а может даже навредить! Итак, данная статья написана с целью помочь разобраться в нюансах подбора необходимого датчика уровня.

Начнём с понятия « датчик уровня », под определение которого попадают устройства, предназначенные как для непрерывного измерения уровня сред (такие датчики уровня называют «уровнемерами»), так и для контроля заданного уровня (это «сигнализаторы уровня»). Таким образом, первым делом необходимо определиться, требуется ли постоянно знать уровень материала в ёмкости или достаточно контролировать конкретные точки, например опустошение или заполнение резервуара. В технологических процессах, где задача управления заключается во включении/отключении электродвигателей насосов, светозвуковой сигнализации или открытии/закрытии соленоидных клапанов по достижению заданного уровня, можно обойтись более экономичными и простыми сигнализаторами. Сигнализаторы уровня имеют дискретный выход и зачастую встраиваются напрямую в цепи управления. В наиболее сложных и ответственных технологических процессах, где требуется высокоточное измерение уровня, непрерывный мониторинг расхода материала и чёткое дозирование, используются более совершенные алгоритмы и инструменты управления. В таких случаях применяются уровнемеры с аналоговым выходным сигналом, пропорциональным измеряемому уровню. Уровнемеры подключаются к различным регуляторам, программируемым реле и контроллерам, которые в соответствие с управляющей программой осуществляют управление технологическим процессом и передают информацию об измерении на верхний уровень автоматизации в SCADA-системы.

Датчик уровня

Непрерывное измерение уровня

Контроль достижения заданного уровня

Сигнализатор

Датчики уровня применяются с различными материалами, тем не менее можно выделить две группы датчиков уровня: «для жидкостей» и «для сыпучих сред». Каждая из групп имеет свои особенности, которые должны быть учтены при выборе датчика.

Определившись с функционалом датчика уровня и средой применения, на следующем этапе необходимо выбрать тип датчика: контактный или бесконтактный. Контактные датчики представлены широкой линейкой устройств и обладают большей точностью и меньшей стоимостью. Однако, такие факторы как вспенивание, высокая вязкость среды и наличие взвесей в жидкости может привести к некорректным результатам измерения. Контактный тип датчиков наиболее устойчив к высоким температурам и давлению среды. Для контроля уровня агрессивных сред в химическом производстве, контактирующие со средой части датчика изготавливают из химически стойких пластмасс и нержавеющей стали. Вместе с тем, именно бесконтактные датчики уровня за счёт отсутствия контакта с измеряемой средой находят широкое применение в химической промышленности, невосприимчивы к пенообразованию и налипанию.

Следующим и наиболее ответственным этапом является выбор датчика уровня по принципу действия. Каждый принцип действия имеет свои достоинства и недостатки. Так, например, емкостные и кондуктометрические датчики уровня способны работать только в токопроводящих средах, ультразвуковые датчики чувствительны к пыли, а поплавковые магнитострикционные и магниточувствительные уровнемеры не рекомендуется использовать совместно с вязкими жидкостями. В то же время, бесконтактные микроволновые радарные уровнемеры благодаря своей конструкции и принципу действия подходят для измерения уровня агрессивных, пенящихся сред в широком диапазоне температур и давлений и применимы почти в любом процессе, но стоимость таких устройств соизмерима их возможностям, поэтому следует оценить целесообразность применения радарных уровнемеров. Подробную информацию и описание принципов работы вы сможете найти на соответствующих страничках нашего сайта. В данной же статье выделим наиболее часто встречаемые проблемы при выборе датчиков уровня, а также проведём приблизительное сравнение цен.

Цена
Уровнемеры			Сигнализаторы
Низкая	Средняя	Высокая	Низкая	Средняя	Высокая
Гидро- статические	Магнито- стрикционные	Байпасные	Гидро- статические	Вибрационные	Микроволновые
Емкостные	Магнито- чувствительные	Буйковые	Магнитные	Емкостные
Ультра- звуковые	Микроволновые радарные	Лотовые	Поплавковые механические	Оптические
Микроволновые рефлексные	Радио- изотопные	Ротационные	Ультразвуковые

Особенности среды
Жидкости			Сыпучие
Агрессивные	Пена	Вязкие	Налипающие	Пыль
Микроволновые радарные	Вибрационные	Вибрационные	Емкостно-частотные сигнализаторы	Вибрационные
Радиоизотопные	Емкостно-частотные сигнализаторы	Емкостно-частотные сигнализаторы	Микроволновые Уровнемеры/сигнализаторы	Емкостные уровнемеры
Ультразвуковые	Гидростатические	Микроволновые уровнемеры/ сигнализаторы	Радиоизотопные	Кабельные механические
Контактные датчики из нержавеющей стали или пластиков	Магнито- стрикционные	Радиоизотопные	Ротационные	Лотовые
Магнито- чувствительные	Ультразвуковые	Ультразвуковые	Микроволновые радарные
Микроволновые рефлексные	Микроволновые сигнализаторы
Радиоизотопные	Радиоизотопные
Ротационные

Точность
Уровнемеры			Сигнализаторы
Низкая	Средняя	Высокая	Низкая	Средняя	Высокая
Байпасные	Гидро- статические	Буйковые	Механические наклонные	Вибрационные	Гидростатические
Емкостные	Лотовые	Магнито- стрикционные	Поплавковые	Магнитные	Емкостные
Магниточув- ствительные	Микроволновые радарные	Ротационные	Микроволновые	Оптические
Ультра- звуковые	Микроволновые рефлексные	Ультразвуковые
Радио- изотопные

Далее приведём сводную таблицу датчиков уровня по рассмотренным критериям.

1. ★ – низкое значение
2. ★ ★ – среднее значение
3. ★ ★ ★ — высокое значение

Большинство выпускаемых датчиков уровня имеют различные исполнения (миниатюрные, взрывозащищённые, высокотемпературные, с удлинением и пр.), что делает их более универсальными и расширяет область их применения.

Чтобы получить оптимальное решение вашей задачи, заполните опросный лист,
и наши специалисты свяжутся с Вами, чтобы предложить готовый ответ.

Скачать опросный лист в PDF

Данная статья является обзорной и носит рекомендательный характер. Проблемы, приведённые в статье, являются часто встречаемыми, а решения типовыми. Существует огромное количество уникальных технологических процессов, для которых требуется более тщательный подбор оборудования и консультации специалистов.

Инженеры компании «РусАвтоматизаця» помогут избежать ошибок в подборе оборудования под конкретный технологический процесс и сэкономят ваше время.

Датчик уровня жидкости в резервуаре: виды, обзор производителей, применение, особенности установки

Датчики уровня жидкости в резервуаре позволяют как производить текущее измерение количества заправленной жидкости, так и сообщать о достижении предельных ее значений. Такие приборы состоят из чувствительного сенсора, реагирующего на определенные физические параметры, и схемы измерения, контроля и индикации. В зависимости от области применения используются устройства, различающиеся принципом своего действия.

Информация, изложенная в статье, поможет узнать о принципах работы датчиков разных типов и областях их применения. Будет осуществлен краткий обзор их достоинств и недостатков, указаны основные зарекомендовавшие себя на рынке производители.

Классификация приборов

Датчики уровня жидкости в резервуаре могут быть уровнемерами или сигнализаторами. Первые из них предназначены для постоянного измерения уровня жидкости в текущий момент времени. Они используют сенсоры, работающие на разных физических принципах. Дальнейшую обработку поступающих от них сигналов производят аналоговые или цифровые электронные схемы, входящие в состав уровнемеров. Полученные показатели отображаются на элементах индикации.

Сигнализаторы предупреждают о достижении определенного, заранее установленного элементами настройки значения уровня жидкости в емкости. Другое их название — датчики уровня воды в резервуаре для отключения ее дальнейшей подачи. Их выходной сигнал является дискретным. Предупреждение может выдаваться в виде световой или звуковой сигнализации. При этом происходит автоматическая блокировка работы систем заправки или слива жидкости.

Методы измерения уровня

В зависимости от свойств жидкости, уровень которой в резервуаре требуется определить, используются следующие методы измерения:

• контактный, при котором осуществляется непосредственное взаимодействие датчика уровня жидкости в резервуаре или его части с измеряемой средой;
• бесконтактный, позволяющий избежать прямого взаимодействия датчика с жидкостью (ввиду ее агрессивных свойств или высокой вязкости).

Контактные устройства располагаются в емкости непосредственно на поверхности измеряемой жидкости (поплавки), в ее глубине (гидростатические манометры), либо на стенке резервуара на определенной высоте (пластинчатые конденсаторы). Для бесконтактных измерителей (радарных, ультразвуковых) необходимо обеспечить зону прямой видимости поверхности измеряемой жидкости и отсутствие прямого соприкосновения с ней.

Принципы действия

Как уровнемеры, так и сигнализаторы для выполнения своих функций используют разные принципы действия. Наибольшее распространение получили устройства следующих типов:

• поплавковые датчики уровня жидкости в резервуаре;
• емкостные;
• гидростатические датчики уровня жидкости;
• устройства радарного типа;
• ультразвуковые датчики.

Поплавковые, в свою очередь, могут быть механическими, дискретными и магнитострикционными. Первые три группы датчиков включают в себя устройства, использующие контактный метод измерения, две другие относятся к бесконтактным устройствам.

Механические поплавковые датчики

Легкий поплавок, постоянно находящийся на поверхности жидкости в резервуаре, системой механических рычагов связан со средним выводом потенциометра, который является плечом моста сопротивлений. При минимальном количестве жидкости в емкости мост считается сбалансированным. Напряжение в его измерительной диагонали отсутствует.

По мере заполнения резервуара поплавок отслеживает положение уровня жидкости, перемещая через систему рычагов подвижный контакт потенциометра. Изменение сопротивления потенциометра приводит к нарушению сбалансированного состояния моста. Появившееся напряжение в его измерительной диагонали используется электронной схемой системы индикации. Ее аналоговые или цифровые показания соответствуют количеству жидкости в резервуаре в текущий момент времени.

Дискретные поплавковые датчики

Дискретный сигнал в виде замыкания или размыкания контактов герконового реле используется схемой электронной индикации и сигнализации для оповещения о достижении уровня жидкости в емкости определенного значения. Металлические контакты, выполненные из материала с низким переходным сопротивлением при их замыкании, помещены в полую изолированную стеклянную колбу.

Датчик уровня воды в резервуаре с дискретным выходом имеет в своем составе направляющую в виде полой трубки, в которую не попадает жидкость из резервуара. Внутри направляющей закреплены контакты одного или нескольких герконовых реле. Место их расположения зависит от того, в каком случае необходимо получить сигнализацию о достижении уровнем жидкости заданного значения.

Поплавок датчика со встроенным в него небольшим постоянным магнитом движется вдоль направляющей при изменении уровня жидкости в емкости. Срабатывание контактной группы происходит в момент ее попадания в магнитное поле постоянного магнита поплавка. Сигнал по проводам, подключенным к контактам датчика уровня воды в емкости геркона, поступает на схему сигнализации.

Магнитострикционные поплавковые датчики

Датчики этого типа выдают постоянный сигнал, зависящий от уровня жидкости в резервуаре. Основным элементом, как и в предыдущем случае, является поплавок с постоянным магнитом внутри, занимающий свое положение на поверхности жидкости и перемещающийся в вертикальной плоскости вдоль направляющей.

Внутреннюю полость направляющей, изолированную от жидкости, занимает волновод. Он выполнен из магнитострикционного материала. В нижней части элемента расположен источник импульсов тока, которые распространяются вдоль него.

При достижении излученного импульса места нахождения поплавка с магнитом происходит взаимодействие двух магнитных полей. Результатом такого взаимодействия является возникновение механических колебаний, которые распространяются обратно по волноводу.

Рядом с импульсным генератором закреплен пьезоэлемент, который фиксирует механические колебания. Внешняя электронная схема анализирует временную задержку между излученным и полученным импульсами и вычисляет расстояние до поплавка, который постоянно находится на поверхности жидкости. Схема индикации постоянно сообщает об уровне жидкости в резервуаре.

Емкостные датчики

Работа датчиков этого типа основана на свойствах конденсатора изменять свою электрическую емкость при изменении показателя диэлектрической проницаемости материала, заполняющего пространство между его обкладками. Применяются конденсаторы коаксиального типа, представляющие собой пару соосных пустотелых металлических цилиндров разного диаметра.

Последние являются обкладками конденсатора, между которыми может свободно проникать жидкость. Показатели диэлектрической проницаемости воздуха и жидкой среды имеют разные значения. Заполнение резервуара приводит к изменению значения общей диэлектрической проницаемости коаксиального конденсатора и, соответственно, его электрической емкости.

Частота колебательного контура, в цепь которого включен конденсатор, изменяется пропорционально изменению его емкости. Электронный преобразователь частота/напряжение отслеживает это изменение и выдает на индикацию значение, пропорциональное степени заполнения резервуара.

Гидростатические датчики

Другое название такого устройства — детектор, или преобразователь давления. Они могут быть стационарными, закрепленными в нижней точке емкости, заполняемой жидкостью, или переносными. В последнем случае преобразователи давления комплектуются кабелем значительной длины. Это позволяет использовать их для резервуаров разных геометрических размеров.

Чувствительный элемент гидростатического датчика представляет собой мембрану, которая воспринимает давление столба жидкости над собой. Его настройка выполнена таким образом, что атмосферное давление не приводит к деформации мембраны. По величине давления в точке измерения можно определить высоту столба жидкости или степень заполнения резервуара.

Величина деформации мембраны преобразуется в пропорциональный электрический показатель, который затем используется для отображения уровня жидкости в резервуаре. Применяются поправки, учитывающие плотность измеряемой среды и ускорение свободного падения в точке измерения.

Датчики радарного типа

Датчик уровня жидкости емкости использует бесконтактный метод измерения, основанный на свойствах этой среды любой плотности и вязкости отражать электрический сигнал. Частота излучаемого сигнала радиолокатора, расположенного над поверхностью измеряемого уровня жидкости, изменяется по линейному закону.

Отраженный от поверхности, он приходит на приемное устройство с задержкой, определяемой длиной пройденного пути. Таким образом, между частотами двух сигналов присутствует разница. По величине сдвига частоты анализирующее устройство локатора определяет пройденный сигналом путь или уровень отражающей жидкости относительно места расположения радиолокатора.

Ультразвуковые датчики уровня

Схема измерения, использующаяся для датчиков этого типа, соответствует рассмотренной в предыдущем разделе статьи. Локационный метод измерения применяется в ультразвуковом диапазоне длин волн.

Полученные данные определяют разницу во времени между излученным передатчиком и принятым приемником сигналами. Используя данные о скорости распространения ультразвука в пространстве над поверхностью жидкости, анализирующее устройство определяет расстояние, пройденное сигналом, или уровень жидкости в резервуаре.

Краткий обзор производителей

Датчики уровня жидкости в резервуаре «ОВЕН» позволяют производить необходимые измерения на высоком уровне. Рекламу их продукции можно встретить на многих зарубежных сайтах.

Заслуживает внимания продукция отечественного разработчика и производителя L-CARD, внесенного в Госреестр средств измерений. Alta Group, находящаяся на рынке России более 10 лет, имеет заслуженные положительные отзывы.

Заключение

Датчики уровня жидкости в резервуаре следует выбирать, исходя из условий их использования, свойств жидкостей, требуемых показателей точности измерения. Наиболее верные показания можно получить при использовании датчиков радарного типа, магнитострикционных измерителей.

Надо помнить, что абсолютная точность требует более высоких материальных затрат. Поплавковые датчики и сигнализаторы — наиболее простые устройства, но их применение ограничено условиями вибрации из-за вспенивания жидкости, ее вязкостью, агрессивностью среды.

Оптимальным решением, исходя из соотношения цена/качество, является использование гидростатических и емкостных датчиков при условии выполнения ограничений, налагаемых на свойства измеряемой жидкости.