Приборы измерения уровня виды принцип действия

Приборы для измерения уровня

Для измерения уровня жидкостей применяются специальные средства измерений – уровнемеры. Многообразие типов уровнемеров, принцип действия которых основан на различных физических методах, объясняется разнообразием свойств измеряемых жидкостей.

Наибольшее распространение получили следующие виды уровнемеров:

1. Уровнемеры с визуальным отсчетом;

2. Буйковые и поплавковые уровнемеры;

3. Гидростанические уровнемеры;

4. Пьезометрические уровнемеры;

5. Дифманометрические уровнемеры;

6. Радиоактивные уровнемеры;

7. Акустические и ультразвуковые уровнемеры;

8. Емкостные уровнемеры.

Уровнемер с визуальным отсчетом — уровнемер, основанный на визуальном измерении высоты уровня жидкости. Уровень жидкости измеряют в стеклянной трубке, сообщающейся с контролируемым сосудом в нижней, а иногда и в верхней части, или же при помощи прозрачной вставки, помещенной в стенке контролируемого сосуда, например, барабанно-парового котла

Буйковый уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на измерении перемещения буйка или силы гидростатического давления, действующей на буек (силы Архимеда).

Буек в отличие от поплавка не плавает на поверхности жидкости, а погружен в жидкость и перемещается в зависимости от ее уровня.

Буйковые уровнемеры наиболее часто применяются для измерения уровня однородных, в том числе агрессивных, жидкостей, находящихся при высоких рабочих давлениях (до 32 МПа), широком диапазоне температур (от –200 до +600 °С) и не обладающих свойствами адгезии (прилипания) к буйкам.

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

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

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

У этого уровнемера чувствительный элемент не находится в непосредственном контакте с измеряемой средой, а воспринимает гидростатическое давление через воздух, что является его достоинством.

Для пьезометрических уровнемеров также характерна погрешность измерения из-за изменения плотности измеряемой среды.

Гидростатический уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на измерении манометром или напоромером гидростатического давления жидкости, зависящего от высоты ее уровня.

Уровнемеры этого вида обычно используют для измерения неагрессивных, незагрязненных жидкостей, находящихся под атмосферным давлением.

Для измерения уровней агрессивных сред используют специальные разделительные устройства.

Недостатком гидростатических уровнемеров является погрешность измерения при изменении плотности жидкости.

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

Поплавковые уровнемеры не пригодны для вязких жидкостей (дизельного топлива, мазута, смол) из-за залипания поплавка, обволакивания его вязкой средой.

При измерении уровня криогенных жидкостей из-за кипения верхнего слоя возникает вибрация поплавка, что приводит к искажениям результатов измерения.

Наиболее часто поплавковые уровнемеры используют для измерения уровней в больших открытых резервуарах, а также в закрытых резервуарах с низким давлением.

Применение магнитной связи для передачи перемещения поплавка позволяет герметизировать вывод передачи в измерительный блок, упростить конструкцию, повысить надежность, измерять уровень в резервуарах под давлением.

Дифманометрический уровнемер — гидростатический уровнемер, в котором гидростатическое давление измеряют при помощи дифференциального манометра. Часто используется для измерения уровня в емкостях под избыточным давлением.

Акустический уровнемер — уровнемер, основанный на зависимости интенсивности поглощения или времени распространения акустических колебаний от высоты уровня жидкости или сыпучего вещества

Ультразвуковой уровнемер — акустический уровнемер, работающий на звуковых колебаниях высокой частоты

Емкостной уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на различии диэлектрической проницаемости жидкости и воздуха.

В связи с этим по мере погружения электродов датчика уровнемера в жидкость изменяется емкость между ними пропорционально уровню жидкости в резервуаре.

Остановимся на некоторых типах уровнемеров подробней.

Уровнемеры буйковые

Настройка уровнемеров на заданные пределы измерения проводится с помощью грузов путем имитации гидростатической выталкивающей силы, соответствующей верхнему пределу измерений.

Расчетное значение давления, соответствующее верхнему пределу измерений,

Расчет массы грузов для буйковых уровнемеров:

для раздела фаз

где d – диаметр буйка испытываемого уровнемера, см; Hmax – верхний предел измерения уровня жидкости, см; ρж – плотность измеряемой жидкости, г/см3; ρ н.ж, ρ в.ж — плотности соответственно нижней и верхней измеряемой жидкости в случае измерения уровня раздела фаз, г/см3.

Пьезометрические уровнемеры.

В пьезометрических системах измерения уровня для продувания через трубку помещенную в жидкость, дозированного расхода воздуха. Принцип действия этого регулятора основан на автоматическом поддержании постоянного перепада давления на дросселе, в результате чего обеспечивается постоянный расход воздуха через этот дроссель.

Принципиальная пьезометрическая схема измерения уровня в открытом резервуаре представлена на рисунке 2, а, б, в, г.

На рисунке 2, д показана принципиальная пьезометрическая схема измерения уровня жидкости в резервуаре, находящемся под давлением. Для исключения влияния давления в резервуаре на показания прибора, измеряющего уровень жидкости, применяется дифференциальный метод измерения с двумя регуляторами расхода. От одного регулятора расхода воздух подается в пьезометрическую трубку, от другого в верхнюю часть резервуара над жидкостью. Разность давлений в трубках, пропорциональная уровню жидкости, измеряется дифманометром.

В системах измерения нижний конец пьезотрубки должен находится на нижнем контролируемом уровне жидкости, но не ниже 80 мм от дна резервуара.

Расход воздуха устанавливается минимальным, чтобы перепад давления на пьезотрубке был возможно меньшим, так как это определяет погрешность измерения пьезометрическим методом.

Минимальный расход воздуха обеспечивается постоянным, без запаздывания, выходом воздуха из пьезометрической трубки при изменениях уровня. Обычно расход воздуха принимается равным 0,1 – 0,2 м3/ч.

Если пренебречь перепадом давления на пьезометрической трубке, то уровень в резервуаре

где Р – давление на манометре М или перепад давления на дифманометре; ρ – плотность жидкости; g – ускорение свободного падения.

В случае, когда измеряется уровень в резервуаре, находящемся под избыточным давлением, давление питания регулятора расхода воздуха, подающего воздух в пьезотрубку, должно быть:

где Ризб – избыточное давление, кПа; Нмаксρg – максимальное гидростатическое давление столба жидкости, кПа.

Рисунок 2. Обвязка пьезометрических уровнемеров.

На рисунке 2, е показан пример обвязки и монтажа пьезометрического уровнемера с подачей промывочной воды в защитную трубу. В этом случае защищается от «обрастания» нижний конец пьезотрубки, который оказывается в зоне промывочной воды и не контактирует с измеряемой жидкостью.

Гидростатические датчики уровня.

Схемы обвязки и работы гидростатических датчиков уровня представлены на рисунке 3, причем правая обвязка применяется при измерении уровня жидкости в емкости, находящейся под избыточным давлением.

Рисунок 3. Обвязка гидростатических уровнемеров.

В этом случае импульсная трубка, идущая к минусовой полости чувствительного элемента, прокладывается от места отбора давления с уклоном в верх, а в нижней части устанавливаются отстойный сосуд и разделитель мембранный РМ.

Рисунок 4. Измерение уровня в котле (100% — 4 мА/0,2 кгс/см2, 0% — 20 мА/1 кгс/см2)

Очень хорошо себя показал данный принцип измерения уровня на очень сложной позиции при измерении уровня воды в котле (рисунок 4). Обвязка при этом не классическая, а на оборот т.е. на плюсовой отбор подается отбор с верней точки котла (импульсная трубка при этом должна быть заполнена водой), на минус с нижней, и задается обратная шкала прибора (на самом приборе или вторичном оборудовании).

Виды уровнемеров

Датчики уровня используются как контроллеры наполнения емкостей, резервуаров, баков, траншей, трубопроводов с жидкостями или сыпучими материалами. Используются не только для замеров уровня, но и в качестве концевых выключателей (предупреждают переполнение или работу в «сухом режиме»). В зависимости от типа контролируемого технологического процесса можно использовать традиционные уровнемеры, измеряющие количество вещества в емкости по всей площади, или узкопредельные, срабатывающие с большей точностью только на определенном участке.

Особенности уровнемеров

По функциональности устройства делятся на два типа: сигнализаторы, позволяющие отслеживать определенную точку заполнения (макс. или мин.) и уровнемеры, предназначенные для беспрерывного мониторинга. Сфера применения приборов определяется принципом их действия (в основе может быть акустика, оптика, гидростатика, электропроводность). Также они бывают контактные или бесконтактные.

Выбирая современные уровнемеры, учитывают цели, для которых будут проводиться измерения. Также принимают во внимание вид измеряемой жидкости – ее плотность, категорию опасности и прочие характеристики. Принцип действия уровнемера подбирается с учетом материала емкости. Приборы могут работать с аналоговым сигналом, в качестве реле или как радар.

При подборе обязательно учитывают санитарные нормы, устойчивость к механическим воздействиям, вибрациям, химикатам, возможность эксплуатации во взрывоопасной среде (в зависимости от особенностей проходящих техпроцессов).

Область использования уровнемеров

Контроль уровня жидкости или сухого вещества в резервуаре, емкости – необходимость для многих автоматизированных технологических процессов, а также в системе водопроводов, подачи жидкостей и так далее.

Это оборудование предназначено для измерений уровней твердых, жидких, сыпучих веществ, находящихся в открытых и закрытых резервуарах под давлением или без. Оно обеспечивает точность измерений вне зависимости от уровня загрязнения и состава среды.

Основные виды уровнемеров

Уровнемеры классифицируются по режимам деятельности на устройства для непрерывного измерения или для дискретного контроля. Также они разделяются по типу измеряемого продукта на оборудование, предназначенное для жидкостей (нефтепродуктов, воды, растворов, суспензий) и для сухих сыпучих элементов (гранул, порошков).

Приборы, предназначенные для контроля за уровнем жидкости, также классифицируются по принципу действия:

• Электродные: проводится дискретный контроль рабочей среды с использованием ее электропроводности. Рабочая среда (электрический проводник) доходит до электрода, в результате чего электрическая цепь замыкается и возникает сигнал. При уменьшении количества рабочей среды цепь размыкается. В комплект может входить несколько электродов, и можно настраивать их разную длину. Это устройства простой конструкции, но они могут срабатывать только в электропроводных средах (например, в воде);
• Емкостные. В основе – принцип определения емкости конденсатора, а в качестве конденсатора – изолированный электрод и стенки того резервуара, в котором он находится. При изменении уровня жидкости изменяется площадь (а значит, и емкость) такого конденсатора. С помощью таких уровнемеров можно проводить постоянный контроль рабочей среды на глубине до 50 м и при температуре до +250°С. Отличаются высокой чувствительностью;
• Поплавковые. Уровень жидкости определяется путем механического перемещения герметичного полого поплавка на поверхности. При изменении высоты уровня срабатывает микровыключатель, и тем самым устройство сигнализирует об изменении высоты уровня. Эти устройства могут использоваться в баках с топливом и в цистернах с водой – иными словами, в емкостях с разными типами сред, вне зависимости от их температуры и плотности;
• Магнитные. Представляют собой мерную трубку с поплавком и встроенным магнитом. Создается одинаковый уровень жидкости в резервуаре и трубке, а магнит в устройстве действует на магнитный указатель, установленный снаружи. Эти приборы могут применяться для разных типов жидкостей, за исключением нефтепродуктов;
• Визуальные оснащены смотровым стеклом и часто применяются в паровых котельных или на химическом производстве;
• Гидростатические могут быть врезными и погружными, позволяют измерять уровень даже при высоком давлении рабочей среды вне зависимости от типа жидкости. Подходят для однородных сред в водоемах, хранилищах, скважинах, промышленных резервуарах.

Преимущества гидростатических уровнемеров

Принцип действия гидростатического уровнемера основан на преобразовании значений давления столба жидкости в высоту этого столба по известной плотности среды. Для измерения гидростатического давления может использоваться манометр (датчик избыточного давления, подключенный на нижнем предельном уровне). Чаще всего применяются дифференциальные датчики давления, с помощью которых можно измерять уровень жидкости в агрегатах, работающих под давлением.

Эти модели могут использоваться для жидкостей с разным уровнем текучести, в том числе вязких, а также для паст. Также они подходят для контроля уровня в открытых резервуарах и для определения уровня раздела жидкости.

Ключевыми преимуществами таких устройств считаются:

• Высокая точность;
• Возможность непрерывного измерения;
• Простая компактная конструкция;
• Возможность использования для вязких и пенистых сред;
• Высокая устойчивость к помехам;
• Возможность встраивания в автономную систему благодаря низкому энергопотреблению;
• Не требуют сложного технического обслуживания.

Эти устройства относятся к контактным, то есть они не зависимы от состояния поверхности жидкости в емкости.

Компания «Измеркон» предлагает гидростатические и емкостные уровнемеры (в том числе автономного типа) для разных типов емкостей, используемых на промышленных предприятиях общего или специального назначения. Предлагаем датчики малых габаритов для контроля стандартных, вязких или агрессивных жидкостей, в обычном, химостойком или взрывозащищенном исполнении.

Промышленные уровнемеры типы, разновидности

Датчики уровня используются как контроллеры наполнения емкостей, резервуаров, баков, траншей, трубопроводов с жидкостями или сыпучими материалами. Используются не только для замеров уровня, но и в качестве концевых выключателей (предупреждают переполнение или работу в «сухом режиме»). В зависимости от типа контролируемого технологического процесса можно использовать традиционные уровнемеры, измеряющие количество вещества в емкости по всей площади, или узкопредельные, срабатывающие с большей точностью только на определенном участке.

Особенности уровнемеров

По функциональности устройства делятся на два типа: сигнализаторы, позволяющие отслеживать определенную точку заполнения (макс. или мин.) и уровнемеры, предназначенные для беспрерывного мониторинга. Сфера применения приборов определяется принципом их действия (в основе может быть акустика, оптика, гидростатика, электропроводность). Также они бывают контактные или бесконтактные.

Выбирая современные уровнемеры, учитывают цели, для которых будут проводиться измерения. Также принимают во внимание вид измеряемой жидкости – ее плотность, категорию опасности и прочие характеристики. Принцип действия уровнемера подбирается с учетом материала емкости. Приборы могут работать с аналоговым сигналом, в качестве реле или как радар.

При подборе обязательно учитывают санитарные нормы, устойчивость к механическим воздействиям, вибрациям, химикатам, возможность эксплуатации во взрывоопасной среде (в зависимости от особенностей проходящих техпроцессов).

Кондуктометрические уровнемеры

Кондуктометрические (омические) уровнемеры используют главным образом для сигнализации и поддержания в заданных пределах уровня электропроводных жидкостей. Принцип их действия основан на замыкании электрической цепи источника питания через контролируемую среду, представляющую собой участок электрической цепи с определенным омическим сопротивлением. Прибор представляет собой электромагнитное реле, включаемое в цепь между электродом и контролируемым материалом. Схемы включения релейного сигнализатора уровня могут быть различны в зависимости от типа объекта и числа контролируемых уровней. На рис. 2, а показана схема включения прибора в токопроводящий объект. В этом случае для контроля одного уровня h можно использовать один электрод, одно реле и один провод. При контроле двух уровней h1 и h2 (рис. 2, б) их требуется уже по два.

Рис. 2. Омические сигнализаторы уровня: а – одного уровня; б – двух уровней; 1 – электрод; 2 – электромагнитное реле; 3 – источник питания

В качестве электродов применяют металлические стержни или трубы и угольные электроды (агрессивные жидкости). Основной недостаток всех электродных приборов – невозможность их применения в средах вязких, кристаллизующихся, образующих твердые осадки и налипающих на электроды преобразователей.

К самым распространенным моделям кондуктометрических уровнемеров относятся: РОС-301 регуляторы-сигнализаторы уровня кондуктометрические, СУ-300И сигнализаторы уровня кондуктометрические, САУ-М6 сигнализатор уровня жидкости.

Основные виды уровнемеров

Уровнемеры классифицируются по режимам деятельности на устройства для непрерывного измерения или для дискретного контроля. Также они разделяются по типу измеряемого продукта на оборудование, предназначенное для жидкостей (нефтепродуктов, воды, растворов, суспензий) и для сухих сыпучих элементов (гранул, порошков).

Приборы, предназначенные для контроля за уровнем жидкости, также классифицируются по принципу действия:

• Электродные: проводится дискретный контроль рабочей среды с использованием ее электропроводности. Рабочая среда (электрический проводник) доходит до электрода, в результате чего электрическая цепь замыкается и возникает сигнал. При уменьшении количества рабочей среды цепь размыкается. В комплект может входить несколько электродов, и можно настраивать их разную длину. Это устройства простой конструкции, но они могут срабатывать только в электропроводных средах (например, в воде);
• Емкостные. В основе – принцип определения емкости конденсатора, а в качестве конденсатора – изолированный электрод и стенки того резервуара, в котором он находится. При изменении уровня жидкости изменяется площадь (а значит, и емкость) такого конденсатора. С помощью таких уровнемеров можно проводить постоянный контроль рабочей среды на глубине до 50 м и при температуре до +250°С. Отличаются высокой чувствительностью;
• Поплавковые. Уровень жидкости определяется путем механического перемещения герметичного полого поплавка на поверхности. При изменении высоты уровня срабатывает микровыключатель, и тем самым устройство сигнализирует об изменении высоты уровня. Эти устройства могут использоваться в баках с топливом и в цистернах с водой – иными словами, в емкостях с разными типами сред, вне зависимости от их температуры и плотности;
• Магнитные. Представляют собой мерную трубку с поплавком и встроенным магнитом. Создается одинаковый уровень жидкости в резервуаре и трубке, а магнит в устройстве действует на магнитный указатель, установленный снаружи. Эти приборы могут применяться для разных типов жидкостей, за исключением нефтепродуктов;
• Визуальные оснащены смотровым стеклом и часто применяются в паровых котельных или на химическом производстве;
• Гидростатические могут быть врезными и погружными, позволяют измерять уровень даже при высоком давлении рабочей среды вне зависимости от типа жидкости. Подходят для однородных сред в водоемах, хранилищах, скважинах, промышленных резервуарах.

Промышленные уровнемеры типы, разновидности

Промышленные уровнемеры представляют собой специальные технологические устройства, используемые для постоянного измерения уровня жидких веществ и сыпучих материалов, находящихся в емкостях и резервуарах различного типа, а так же в аппаратах. Применение таких приборов дает возможность автоматизировать производственный процесс, что позволяет существенно снизить влияние человеческого фактора на работу промышленного оборудования, а значит и улучшить качество выпускаемой продукции, подробнее https://v-kip.com.

Разновидности уровнемеров

В первую очередь, промышленные уровнемеры различаются по виду измеряемого вещества. Существуют устройства, используемые в процессе наблюдения за жидкими веществами (например, горюче-смазочные материалы, всевозможные водные растворы, суспензии и прочее). Другой разновидностью уровнемеров являются приборы позволяющие наблюдать за сыпучими продуктами, представленными порошками, гранулами и т. д.

Современное промышленное оборудование данного типа, подразделяется по принципу работы:

• Электродные конструкции. Принцип действия таких уровнемеров основан на электропроводности измеряемого вещества. В случае если уровень материала за которым проводится наблюдение, соприкасается с электродной части устройства происходит замыкание электрической сети и подается соответствующий сигнал.
• Емкостные уровнемеры. Приборы функционируют на основе измерения емкости конденсатора, в роли которого выступает электрод с диэлектрическим покрытием и стенки сосуда. При снижении или повышении уровня жидкости изменяется и площадь и соответственно емкость конденсатора.
• Поплавковые конструкции. Такие промышленные уровнемеры являются наиболее простыми и действуют за счет находящегося на поверхности вещества герметичного поплавка, соединенного с выключателем, который замыкает или размыкает сеть при изменении уровня жидкости в резервуаре.
• Магнитные. Такие промышленные уровнемеры конструктивно представляют собой мерную трубку с поплавком и вмонтированным магнитом который при изменении уровня вещества действует на указатель, находящийся снаружи емкости.
• Гидростатические. Устройства подразделяются на погружные и встраиваемые и могут использоваться даже при высоком давлении измеряемой среды.
• Визуальные уровнемеры представляют собой смотровое стекло расположенное на резервуаре.

Выбор такого промышленного оборудования, зависит от условий эксплуатации и необходимой точности измерений.

Классификация приборов измерения уровня

Для измерения уровня жидкостей применяются специальные средства измерений – уровнемеры.

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

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

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

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

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

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

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

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

Недостатком гидростатических уровнемеров является погрешность измерения при изменении плотности жидкости.

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

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

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

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

Основные характеристики приборов измерения уровня жидкости

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.

Дифманометрический уровень

Чтобы измерить уровень жидкости в емкости, которая находится под давлением необходимо использовать дифманометр. Перепад давления будет равен гидростатическому давлению. Для проведения измерений отборы диманометра необходимо будет установить сверху и внизу емкости. В уравнительный сосуд необходимо залить жидкость, которая в дальнейшем будет измеряться. После этого сосуд можно будет соединить с отбором.

В этом случае, когда над поверхностью будет образовываться газ или пара, тогда уравнительный сосуд необходимо будет установить на уровне отбора. При конденсации паров уровень в сосуде будет оставаться постоянным, а излишки конденсата будут сливаться в специальную емкость через соединительную трубку. Если сосуд будет располагаться сверху, тогда нулевому перепаду давления будет соответствовать максимальное значение измеряемого уровня и шкала дифманометра будут обратной.

Для измерения уровня агрессивной жидкости в обе трубки под одинаковым давлением и с одинаковым расходом будет продуваться сжатый воздух. Если вам интересно, тогда можете прочесть, как работает тензодатчик.

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.

Алгоритм сборки датчика

В состав самого простого датчика входит прут или пластина из металла длиной, превышающей на несколько сантиметров высоту бака, и толстый провод, который прикрепляется к металлу по всей длине. Закрепление делается чаще всего при помощи изоленты. 2-3 см пластины требуется согнуть под углом 90°. Провод сгибается под таким же углом.

Расстояние от сгиба провода до сгиба пластины должно быть таким же, как и критический уровень воды. Конец провода нужно приблизительно на 1 см освободить от изоляции. Для того чтобы закрепить датчик, вверху пластины и бака нужно сделать отверстия и соединить их подходящим крепежным элементом. При использовании металлического прута закрепление выполняется с помощью хомута.

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.

Как правильно выбрать уровнемер для резервуара с жидкостью или сыпучим материалом

Уровнемер для резервуаров – это специальный прибор, предназначенный для определения уровня газов, жидкостей и сыпучих материалов в резервуарах, хранилищах, баках.

В большинстве случаев такие устройства используются непосредственно для непрерывного измерения и проверки состояния разных веществ на производстве. При этом они нужны не только для замеров уровня, но и для выполнения функций концевых выключателей (т.е. такие агрегаты предупреждают переполнение бака или работу оборудования в «сухом режиме»). Измерение и контроль указанных параметров является важным технологическим процессом на производстве.

Виды уровнемеров: принцип действия и особенности работы аппаратов для измерения уровня жидкостей и сыпучих веществ

Приборы, которые контролируют уровень рабочего материала, можно классифицируются по принципу действия. По этому признаку они подразделяются на магнитные, электродные, визуальные, емкостные, поплавковые, гидростатические и радарные уровнемеры.

Электродные датчики определения считаются наиболее практичными приборами для проведения измерений. С их помощью проводится особый дискретный контроль среды с учетом ее электропроводности. Принцип работы уровнемера электродного вида достаточно прост. Рабочая среда (выступающая в роли проводника) доходит до электрода, из-за чего электрическая цепь замыкается и продуцируется сигнал. При снижении количества материала цепь размыкается. В комплект электродных дозаторов может входить несколько электродов, благодаря чему увеличится их эффективность. Электродные уровнемеры для емкостей имеют достаточно простую конструкцию, но срабатывают только в электропроводных средах.

Емкостные индикаторы позволяют контролировать уровень рабочей среды (воды, нефти, топлива, масла и т.д.) на глубине до 50-60 м и при температуре до +250 °С. В основе их работы лежит принцип определения емкости конденсатора (изолированного электрода и стенок бака) при изменении его площади. Такие датчики уровня отличаются высокой чувствительностью. Емкостные уровнемеры применяются в качестве контроллеров при наполнении баков, траншей, резервуаров, а также трубопроводов с сыпучими веществами или жидкостями.

Поплавковые уровнемеры – это устройства, с помощью которых определяется уровень рабочего материала путем перемещения полого поплавка на поверхности жидкости. При изменении высоты уровня воды прибор начинает об этом сигнализировать. Благодаря конструктивным особенностям эти датчики можно использовать в емкостях с различными типами сред с любыми показателями температуры и плотности. По этой причине поплавковый уровнемер можно встретить в резервуарах как с нефтью, так и с обычной водой.

Магнитные сигнализаторы уровня – это специальные мерные трубки с встроенными магнитами и поплавками. При их работе создается одинаковый уровень материала в трубе и резервуаре, а магнит из прибора начинает воздействовать на магнитный указатель, находящийся снаружи. Такой уровнемер можно использовать с любыми материалами, кроме нефтепродуктов.

Визуальные уровнемеры жидкости в резервуаре предназначены для тех производственных линий, где требуется дополнительный контроль (в т.ч. в химической промышленности). Эти приборы учета оснащены специальными смотровыми стеклами.

Гидростатические уровнемеры измеряют параметры рабочей среды при любых показателях давления (даже при очень высоких). Они могут быть как врезными, так и погружными . Возможность применения того или иного прибора определяется особенностями исследуемого материала. Такие индикаторы уровня подходят для использования в хранилищах, водоемах, скважинах, промышленных резервуарах, баках и т.д. С их помощью можно определять параметры разных жидких материалов.

Какие функции и технические характеристики имеют уровнемеры для жидкостей

Производственные уровнемеры жидкости поддерживают несколько режимов работы. Они могут выполнять разнообразные функции:

• онлайн контроль уровня рабочей среды;
• определение уровня жидкостей, имеющих сложную скорость расхода;
• оповещение о достижении требуемых значений уровня материала в открытых и закрытых резервуарах;
• расчет и измерение уровня объема рабочей жидкости в баках со сложной формой;
• хранение и обработка результатов измерений.

Также уровнемеры для непрерывного измерения параметров воды в резервуаре могут быть оснащены дополнительными элементами, расширяющими их функционал.

Применение уровнемеров для разных продуктов: особенности и проблемы

В рамках использования датчиков уровня жидкости можно столкнуться с разными проблемами, в т.ч. с:

• температурными перепадами и высоким давлением в баке с продуктом;
• большим разбросом по химическим и физическим свойствам материала (из-за этого уровнемеры для нефтепродуктов не должны использоваться, к примеру, для воды);
• возникновением коррозии на дозаторе для жидкостей и сыпучих веществ;
• образованием налипания продукта на отдельных частях датчиков, которые контактируют со средой (для таких «проблемных» сред лучше использовать ультразвуковые или радарные уровнемеры, а не механический датчик);
• огромным диапазоном значений плотности продукта (в процессе измерения уровня жидкости);
• наличием плотных слоев пены на измеряемом продукте;
• точностью измерения уровня (актуально для отдельных отраслей промышленности и производства);
• отсутствием возможности по проникновению насыщенных паров материала с дальнейшим конденсированием;
• необходимостью соблюдения санитарно-гигиенических норм во время проведения процедуры исследований;
• модификацией уровнемеров с взрывозащитой (характерно для датчиков непрерывного измерения уровня нефтепродуктов, топлива и масла);
• разной плотностью материалов, которые требуется измерить.

Эти параметры необходимо учитывать при подборе уровнемера вне зависимости от того, в какой именно среде будет использоваться прибор, предназначенный для соответствующих измерений.

Как выбрать уровнемеры: купить и не ошибиться

При выборе датчиков для измерения уровня воды в баке или другого материала необходимо учитывать различные параметры:

1. Как работает указанный уровнемер воды в баке, и сможет ли он интегрироваться в конкретную систему.
2. Может ли датчик уровня стать источником заражения или загрязнения (как правило, из-за рабочей среды).
3. В каких условиях будет работать оборудование. При этом нужно учесть как стандартные (температура, давление, время работы), так нестандартные условия. К ним можно отнести факт наличия пыли и осадков, особые требования по стерильности, параметры вещества, хранящегося в резервуаре, возможность изменения плотности рабочей среды).
4. Какая точность требуется при измерении уровня содержимого (а также повторяемость результатов).
5. Нужно ли выводить резервуар из эксплуатации для сервисного обслуживания индикатора уровня воды в баке.
6. Каковы особенности резервуара, в котором будет находиться рабочая среда и ставиться уровнемер воды (купить датчик можно практически из любого материала с учетом особенностей конструкции бака).

Без ответа на все эти вопросы оператору или инженеру будет достаточно трудно выбрать подходящий датчик уровня воды или других материалов, поскольку именно эта информация определяет, какие уровнемеры для жидкости будут работать в системе, а какие – нет.

В каких условиях можно применять тот или иной датчик: ограничения, которые накладывают технические характеристики уровнемера

Существует много факторов, из-за которых может быть наложен запрет на применение определенного оборудования для контроля:

• емкостные датчики уровня (уровнемеры) не стоит использовать там, где электрическая проводимость будет непостоянной или неполной, иначе показатели будут неточными;
• ультразвуковые уровнемеры не будут корректно работать в рабочей среде, если содержимое образует пену и пыль, а также постоянно меняет температуру;
• радарные устройства нельзя применять, если система отличается слишком низкой электрической постоянной;
• приборы дифференциального типа не подходят для тех ситуаций, когда относительная плотность материала периодически меняется.

Выбор датчика и возможность его временного выведения из системы

Возможность вывести устройство из использования на какое-то время достаточно сильно влияет на его подбор. Если на датчик очень плохо влияют налипания материала, то прибор нужно периодически изымать для очистки (только очищение в этом случае сможет обеспечить нормальное и бесперебойное функционирование). Если уровнемер для резервуаров с водой (или с другими материалами) нельзя убрать, то нужно поискать возможность использования иной технологии и купить агрегат с другими характеристиками.

Уровнемеры для емкостей от производителя: продажа и доставка

Оборудование для измерений уровня, которое производится компанией UWT Level Control , полностью соответствует национальным и международным требованиям по обеспечению взрывобезопасных характеристик. Это обеспечивает безопасную эксплуатацию с любыми жидкостями (в т.ч. агрессивными и пожароопасными). Каждый датчик, поставляемый фирмой, представляется в нескольких модификациях, что обеспечивает возможность выбора наиболее подходящих устройств в соответствие с особенностями конкретных производственных процессов, применяемых в различных организациях. Конструктивное исполнение оборудование реализовано с высокими степенями защиты, что гарантирует его корректную работу в условиях промышленного производства любой интенсивности. Здесь можно купить уровнемеры для любых областей промышленности производства.

Каталог UWT Level Control содержит большое количество всевозможных товаров для проведения опытов и измерений: уровнемеры для резервуаров нефтепродуктов, бесконтактные датчики уровня воды, ультразвуковые сигнализаторы сыпучих продуктов, приборы для контроля уровня топлива и т.д. Все оборудование, представленное в интернет магазине, отличается высоким качеством и отличными эксплуатационными качествами. С его подробным описанием можно ознакомиться прямо в онлайн каталоге: все технические характеристики устройств в наличии находятся на сайте в открытом доступе.

Интернет магазин UWT Level Control работает по всей России, доставляя уровнемеры для резервуаров и другие датчики в любые населенные пункты. Стоимость и условия перевозки оборудования обговариваются в индивидуальном порядке.

Ekz / Подг к экзаменам / Уровень +Омюв

Вопрос 30. Классификация приборов измерения уровня. Устройство и настройка поплавко­вого выключателя уровня типа Омюв

Классификация приборов измерения уровня

Широкий круг задач, связанных с измерением и регулированием уровня, обусловил появление большого числа различных приборов и устройств, основанных на разных принципах действия с различной степенью сложности в изготовлении и наладке таких устройств и приборов. В соответствии с этим приборы для измерения и регулирования уровня разделяются.

Поплавковый уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на следящем действии поплавка, плавающего на поверхности жидкости и перемещающегося вместе с её уровнем.

Поплавковые уровнемеры непригодны для вязких жидкостей (дизельного топлива, мазута, смол) из-за залипания поплавка, обволакивания его вязкой средой.

Наиболее часто поплавковые уровнемеры используют для измерения уровней в больших открытых резервуарах, а также в закрытых резервуарах с низким давлением.

Буйковый уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на измерении перемещения буйка. Буёк в отличие от поплавка не плавает на поверхности жидкости, а погружен в жидкость и перемещается в зависимости от её уровня. Измерительным параметром является выталкивающая сила тонущего буйка, величина которой пропорциональна глубине его погружения в жидкость, при этом жидкость может находиться под атмосферным, избыточным или вакуумметрическим давлением.

Буйковые уровнемеры наиболее часто применяются для измерения уровня однородных, в том числе агрессивных жидкостей, находящихся при высоких рабочих давлениях (до 32 МПа), широком диапазоне температур (от –200 до +600°С) и не обладающих свойствами адгезии (прилипания) к буйкам. Главной особенностью буйковых уровнемеров является возможность измерения уровня границы раздела двух жидкостей.

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

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

У этого уровнемера чувствительный элемент не находится в непосредственном контакте с измеряемой средой, а воспринимает гидростатическое давление через воздух, что является его достоинством.

Для пьезометрических уровнемеров также характерна погрешность измерения из-за плотности измеряемой среды.

Гидростатический уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на измерении манометром или напорометром гидростатического давления жидкости, зависящего от высоты её уровня.

Уровнемеры этого вида обычно используют для измерения неагрессивных незагрязнённых жидкостей, находящихся под атмосферным давлением.

Недостатком гидростатических уровнемеров является погрешность измерения при изменении плотности жидкости.

Электронные приборы измерения уровня – приборы, в основу измерения которых положен принцип изменения ёмкости, индуктивности или сопротивления от уровня жидкости.

Емкостной уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на различии диэлектрической проницаемости жидкости и воздуха.

В связи с этим по мере погружения электродов датчика уровнемера в жидкость изменяется ёмкость между ними пропорционально уровню жидкости в резервуаре.

Индуктивный уровнемер – уровнемер, принцип действия которого основан на том, что при перемещении поплавка, обусловленное изменением уровня жидкости. Передаётся на индуктивный датчик.

Благодаря отсутствию сальника и связанного с ним трения достигается более точная индикация уровня, чем это имеет место при других электромеханических методах. Для точных измерений необходима установка механических направляющих движений поплавка и ферромагнитного сердечника индуктивного датчика.

Уровнемер давления – уровнемер, использующий силу давления столба жидкости, которая зависит от уровня жидкости в ёмкости.

Радиоизотопный прибор использует изменение интенсивности потока g–излучения при прохождении его через измеряемую жидкость. Радиоизотопный источник, например, кобальтовый, помещается в верхней части резервуара, а детектор, состоящий из нескольких сцинтилляторов, светоколлекторов и общего фокусирующего устройства – в нижней части резервуара. Сигналы с детектора поступают на усилитель и отсчетное устройство. С изменением уровня жидкости изменяется число импульсов в секунду, воспринимаемых детектором.

Уровнемеры, работающие по этому методу, имеют незначительные погрешности (не более 2-3%), однако требуют защиты от излучения. Они предназначаются для непрерывного бесконтактного дистанционного измерения уровней различных жидкостей, в том числе расплавленных металлов и пластмасс.

Ультразвуковой уровнемер – прибор, в котором для измерения используется ультразвук. В него входят излучатель и приёмник. Излучатель посылает ультразвуковые импульсы, представляющие собой механические колебания в диапазоне частот от 20кГц до нескольких мегагерц. Метод основан на измерении времени прохождения сигнала, использующий принцип эхолота. Излученный сигнал отражается пограничным слоем жидкость-воздух.

Преимущество метода – удобство измерения уровня заполнения даже в труднодоступных резервуарах. Недостатком являются — большие расходы на пьезоэлектрические вибраторы и частотные генераторы, входящие в его состав.

Радиочастотный уровнемер – прибор, построенный по принципу радара, т.е. используется отражение электромагнитной волны от поверхности жидкости или раздела двух сред (с разной диэлектрической проницаемости).

Устройство и настройка поплавко­вого выключателя уровня типа Омюв

Примеры уровнемеров “Омюв” (слева — направо: Омюв 05; Омюв 09Li; Омюв 22; Омюв 08; Омюв 24;).