Меню

Гидростатический датчик уровня жидкости принцип работы

Гидростатический уровнемер (датчик уровня)

Гидростатический уровнемер функционирует за счет измерения давления или перепада давления в жидкости. Такой способ основан на факте существования гидростатического давления в жидкости и его изменения прямо пропорционально глубине. Специальные датчики позволяющие измерять уровень в открытых или закрытых резервуарах. Соответственно, одна мембрана устанавливается непосредственно на резервуаре, а вторая – в области избыточного давления (для закрытых емкостей) и на подаче атмосферного давления (в открытых). Устройства такого типа могут работать с вязкими жидкостями и при большом избыточном давлении. Однако важно, чтобы чувствительный элемент находился в непосредственном контакте с измеряемой средой.

Виды гидростатических уровнемеров

Датчики уровня гидравлического типа выполняются в двух конструкционных вариантах.

Первый вариант исполнения – погружные преобразователи давления, что представляют собой 2 блока, объединенных компенсационным кабелем. Измерительный блок – это погружной зонд. Они используются для скважин, колодцев, открытых резервуаров, водоемов. Также подходят для безнапорных баков. Устройства изготавливаются из разных материалов. Корпус может быть нержавеющим стальным или полимерным, а чувствительная мембрана – стальной или керамической. В оболочке компенсационного кабеля проходит трубка опорного давления, и она может быть тефлоновой, полиуретановой или из ПВХ.

Второй вариант – врезной преобразователь, подходящий для горизонтальной установки в стенку резервуара. В них предусмотрена открытая торцевая мембрана. Также модели могут быть контактными и бесконтактными.

Также модели классифицируются по:

  • Способу присоединения: погружные, врезные, фланцевые;
  • Типу измеряемой среды: неагрессивная или агрессивная, густая, абразивная и так далее;
  • Способу связи с атмосферой: для закрытых и открытых резервуаров.

Область применения гидростатического датчика уровня

Гидростатические датчики уровня – оптимизированные функциональные устройства, помогающие измерять глубину столба и давления жидкости. Они используются в разных сферах промышленности, связанных с водой или с газом, в том числе в: нефтегазовой, химической, фармацевтической промышленности, где позволяют проводить контрольно-измерительные работы с газами, нефтью, топливом, спиртами и кислотами, проводить количественную оценку жидкостей.

Также это оборудование широко используется в металлургии и добывающей промышленности для оценки уровня грунтовых вод или жидкостей в скважинах, водоемах. Кроме того, они необходимы и в экологическом контроле, в том числе для промера объема резервуаров с технической и питьевой водой на заводах и в населенных пунктах, для контроля состояния естественных водоемов.

Качественная современная техника используется для решения следующих задач:

  • Мониторинг уровня жидкости в емкости и ее давления в непрерывном режиме, вне зависимости от состава и уровня загрязненности;
  • Оценка количества сжиженного газа в промышленных резервуарах;
  • Контроль давления в различных гидравлических и воздушных системах – насосах и компрессорах;
  • В качестве детекторов критического уровня;
  • Контроль заполняемости оросительных установок, пульверизаторов;
  • Коммерческий учет различных жидкостей;
  • Отслеживание процесса заполнения септиков;
  • Как защитный элемент в системах со скважинными насосами: предупреждают запуск на холостом ходу;
  • Обследование узких труднодоступных мест в трубопроводах.

Принцип работы (действия) гидростатического уровнемера

Погружной скважинный датчик уровня измеряет гидростатическое давление. Этот метод позволяет определить высоту столба жидкости в зависимости от того, какое давление действует на боковые стенки сосуда или его дно. В соответствии с законом Паскаля, гидростатическое давление зависит только от высоты столба и плотности жидкости, а форма и общий объем резервуара никак на эту величину не влияют.

Читайте также:  Схема подключения аналогового датчика холла

Поэтому можно стационарно закрепить на боковой поверхности резервуара датчик (либо использовать погружную модель, в которой датчик давления располагается непосредственно в контролируемой среде на определенной глубине). Соответственно, устройство помогает измерить давление, а затем преобразовать это значение в объем.

Принцип измерения сохраняется общим для всех уровнемеров, вне зависимости от того, какая конструкция выбрана – фланцевая, погружная или врезная. Важно учитывать, что с их помощью можно измерять только жидкости с постоянной плотностью.

Также имеет значение тип мембраны: открытую можно использовать только там, где в жидкости нет крупных включений, способных привести к повреждениям. Защищенную мембрану можно использовать для сильно загрязненных сред, но возможные включения должны быть больше размера технологического отверстия. Иначе мембрану придется часто чистить, а при механическом воздействии она может повредиться.

Преимущества использования гидростатического датчика уровня

С помощью гидростатического уровнемера можно измерить столб жидкости при глубине погружения до 100-250 м. Также есть модели в специальном исполнении, для глубоководных замеров. Ключевыми преимуществами таких устройств считаются:

  • Надежные комплектующие, в том числе мембраны из нержавеющей стали и герметично изолированный корпус (класс защиты IP68) – стальной либо титановый;
  • В кабеле предусматривается воздухопроницаемый, но водонепроницаемый фильтр;
  • Возможность выбора длины (должна превышать максимальный уровень жидкости) и материала кабеля с учетом плотности и агрессивности измеряемых сред (для воды и жидкостей на водной основе, для масел, концентрированных кислот и щелочей или высокотемпературных жидкостей, нагретых до +125 градусов);
  • Наличие дополнительных датчиков температуры, молниезащиты в определенных моделях, а также взрывозащищенное исполнение в ряде случаев;
  • Возможность использования в тяжелых условиях и на большой глубине;
  • Надежность и долговечность измерительного устройства, его легкая очистка (достаточно просто извлечь корпус из жидкости).

В каталоге компании Измеркон представлены модели, созданные для систем водоснабжения, для нужд гидрогеологии, а также для очистных сооружений. Также в наличии промышленные преобразователи уровня (в том числе с цифровым интерфейсом).

Источник

Датчик уровня жидкости: устройство, принцип действия, разновидности

Технологические процессы в современном мире требуют частых замеров объема топливных материалов, заполнения водой и другими жидкими веществами. Для осуществления контроля за наполнением любой емкости жидкостью в автоматическом режиме применяется датчик уровня жидкости. В данной статье мы рассмотрим основные виды и принцип разделения уровнемеров.

Устройство и принцип действия

На сегодняшний день существует огромное количество датчиков уровня жидкости, которые отличаются как конструкцией, так и способом выполнения замера. В виду чего рассмотрим устройство на примере наиболее простой поплавковой модели уровнемера. Конструктивно поплавковый датчик уровня жидкости состоит из следующих компонентов:

Рис. 1. Устройство датчика уровня жидкости

  • поплавок 1 – предназначен для взаимодействия с поверхностью жидкости;
  • сильфон 2 – представляет собой чувствительный гофрированный элемент, способный сохранять свои свойства при многократных механических деформациях;
  • фланец 3 – используется для соединения с монтажной поверхностью, позволяет увеличить плотность крепления
  • микропереключатель 4 – срабатывает от перемещения поплавка в геометрической плоскости, для предотвращения взаимодействия с влагой помещается в герметичный корпус.
  • прокладка 5 – используется для герметизации отверстия, предотвращает протекание жидкости из емкости.
Читайте также:  Датчик абсолютного давления во впускном коллекторе л200 где находится

Принцип действия такого датчика основывается на архимедовой силе любой жидкости.

Рис. 2. Принцип действия датчика уровня жидкости

При помещении датчика в емкость с жидкостью происходит взаимодействие поплавка с поверхностью. За счет архимедовой силы поплавок выталкивается наружу и находится в том же положении, что и уровень.

При среднем положении жидкости 1 поплавок останется в нейтральном положении, сигнал от переключателя не поступает на пульт управления или панель сигнализации. В случае наполнения резервуара до позиции 2 поплавок поднимется выше и переведет микропереключатель в соответствующее положение. Если жидкость в резервуаре опустится ниже номинального уровня, поплавок переместится в нижнюю позицию 3 и переведет контакты микропереключателя. Каждый раз на выходе датчика будет появляться соответствующий сигнал о степени наполнения, однако принцип действия будет отличаться в зависимости от типа устройства.

Разновидности по типу

Существует широкий спектр критериев, по которым можно разделить датчики уровня. Начиная от принципа действия и, заканчивая, способом передачи сигнала. Однако все сенсоры условно можно подразделить на две большие группы – контактные и бесконтактные.

Контактные

Под контактным датчиком следует подразумевать такое устройство, которому для функционирования требуется физический контакт с измеряемой поверхностью. Как правило, такие датчики применяются в условиях воздействия факторов, которые существенно усложняют измерения – высокая температура или давление. Также их массово используют для работы с пенящимися жидкостями, где верхний слой может вносить ощутимую погрешность при измерениях другими методами. Все контактные приспособления можно разделить на такие виды по принципу действия:

  • Емкостные – состоят из двух пластин, погружаемых в жидкость. Измерения производятся по принципу конденсатора, у которого емкость будет изменяться в зависимости от высоты заполнения жидкостью пространства между обкладками конденсатора. Часто применяются для емкостей с небольшим объемом жидкости. Отличаются невысокой точностью замеров, но работают без подвижных частей, что существенно повышает их надежность.

Рис. 3. Емкостной датчик

  • Гидростатические – основывается на законе Паскаля. Осуществляет измерение разности гидростатического давления в резервуаре, которое зависит исключительно от высоты столба жидкости. Обладают хорошей точностью, но могут применяться только в тех емкостях, где величина давления соизмерима с атмосферным. Они не подходят для жидкостей с переменной плотностью.

Рис. 4. Гидростатический датчик

  • Байпасные – используют принцип сообщающихся сосудов, в таких датчиках информация об уровне измеряемой жидкости отображается наиболее наглядно. При изменении высоты столба в основном резервуаре датчик отобразит эти данные на собственном уровнемере. Однако такие модели не используются в условиях более +250°С и в средах, повышающих собственную вязкость со снижением температуры.
  • Магнитные – являются подвидом поплавковых датчиков, так как уровень жидкости измеряется поплавком, перемещающимся по герметично запаянной трубке. Внутри трубки располагается геркон, срабатывающий в случае приближения или удаления поплавка с магнитом.
  • Рефлексные микроволновые – принцип действия таких датчиков основывается на технологии рефлектометрии в зависимости от временного промежутка. Направленный волновой излучатель посылает сигнал, а сенсор воспринимает скорость возвращения импульса.

Рис. 5. Рефлексный микроволновой датчик уровня жидкости

Основным недостатком этих моделей является необходимость погружения устройства по всей глубине, что не всегда удобно для больших резервуаров. Но, в отличии от других датчиков уровня жидкости, рефлексные модели не зависят от наличия или отсутствия пены, твердых частиц, плавающих в толще или на поверхности, диэлектрической проницаемости.

Читайте также:  Где находится датчик коленвала вольво 850

Бесконтактные

Бесконтактные датчики представляют собой такие устройства, которым для функционирования не требуется осуществлять физический контакт с измеряемой поверхностью. Такие устройства применяются в агрессивных жидких средах, где возможен быстрый износ элементов сенсора из-за влияния активных компонентов. Также их устанавливают в тягучие жидкости и среды с большой вязкостью. Все бесконтактные датчики условно подразделяют на такие категории:

  • Ультразвуковые — являются одним из наиболее распространенных типов бесконтактных датчиков уровня жидкости. Принцип действия основывается на способности жидкости отражать ультразвуковой спектр излучения. Генератор ультразвука, неслышимого для человеческого уха, посылает сигнал от верхней точки к линии раздела сред. При столкновении с жидкостью сигнал отражается и возвращается к датчику, где он воспринимается сенсором. В зависимости от времени перемещения ультразвука делается заключение об уровне в резервуаре.
  • Радарные микроволновые – аналогичен предыдущему варианту, за исключением того, что в качестве объекта измерения выступает не ультразвук, а микроволны.

Рис. 6. Радарный микроволновой датчик уровня жидкости

Существенным недостатком датчиков радарного типа является восприимчивость к газовым подушкам, которые могут скапливаться над поверхностью жидкости.

  • Радиоизотопные – используют гамма излучение для контроля уровня жидкости, частицы направляются в контролируемый резервуар.

Рис. 7. Радиоизотопный датчик

В связи с опасностью воздействия на живые организмы является самым дорогим и наименее распространенным вариантом. При его использовании обязательно обеспечиваются дополнительные меры безопасности для обслуживающего персонала.

Разновидности по функционалу

Помимо отличий в отношении принципа взаимодействия с измеряемой средой и принципа действия датчики уровня жидкости могут отличаться и по способу передачи сигнала. Все устройства касательно принципа сигнализации об изменении положения уровня подразделяют на уровнемеры и сигнализаторы.

Под уровнемерами подразумеваются такие приборы, которые осуществляют постоянный контроль за текущим положением верхней кромки измеряемой среды. В виду чего они постоянно передают сигнал о проведенных измерениях или выдают данные по шкале. В зависимости от способа отображения информации они бывают цифровыми и аналоговыми.

Сигнализаторы.

Сигнализаторы, в отличии от уровнемеров, не производят постоянный контроль уровня жидкости, а срабатывают исключительно при достижении определенного порогового значения. В таких устройствах жидкость, опускаясь или поднимаясь, перемещает чувствительный элемент. Который в определенной позиции производит срабатывание реле, переключателя или микроконтроллера.

Какой выбрать?

При выборе конкретной модели датчика уровня следует обратить внимание на следующие характеристики:

  • Тип переключателя – различают твердотельные и электромеханические. Первый тип не имеет подвижных элементов и не подвержен изнашиванию. Второй, наоборот, оснащается подвижными контактами, чувствительными элементами и т.д.
  • Логика работы – различают датчики уровня с нормально разомкнутыми и нормально замкнутыми контактами. Тот или иной тип выбирается в зависимости от схемы включения и поставленных задач контроля уровня.
  • Количество полюсов и позиций – встречаются как однополюсные и двухполюсные датчики уровня, так и однопозиционные или двухпозиционные.

Рис. 8. Однополюсные, двухполюсные, однопозиционные, двухпозиционные

  • Диапазон измерений – определяет допустимые пределы уровня, которые может зафиксировать датчик.

Источник

Adblock
detector