Opori-osveshenia.ru

Опоры освещения
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Выбираем датчик уровня воды в резервуаре и емкости

Выбираем датчик уровня воды в резервуаре и емкости

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

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.

Поплавковый датчик для управления насосом

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.

Принцип работы ультразвукового датчика уровня

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.

Читайте так же:
Что можно сделать из пропанового баллона

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.

Измерение уровня жидкости кондуктометрическими датчиками

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).

Емкостной датчик уровня

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

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.

Измерение заполнения гиростатическим датчиком

Рисунок 7. Измерение заполнения гиростатическим датчиком

Устройство построено по принципу измерения уровня давления, произведенного столбом жидкости. Приемлемая точность и небольшая стоимость сделали данный вид довольно популярным.

В рамках статьи мы не можем осмотреть все типы сигнализаторов, например, ротационно-флажковых, для определения сыпучих веществ (идет сигнал, когда лепесток вентилятора застрянет в сыпучей среде, предварительно вырыв приямок). Так же нет смысла рассматривать принцип действия радиоизотопных измерителей, тем более рекомендовать их для проверки уровня питьевой воды.

Как выбрать?

Выбор датчика уровня воды в резервуаре зависит от многих факторов, основные из них:

  • Состав жидкости. В зависимости от содержания в воде посторонних примесей может меняться плотность и электропроводность раствора, что с большой вероятностью отразится на показаниях.
  • Объем резервуара и материал, из которого он изготовлен.
  • Функциональное назначение емкости для накопления жидкости.
  • Необходимость контролировать минимальный и максимальный уровень, или требуется мониторинг текущего состояния.
  • Допустимость интеграции в систему автоматизированного управления.
  • Коммутационные возможности устройства.

Это далеко не полный список для выбора измерительных приборов данного типа. Естественно, что для бытового назначения можно существенно сократить критерии отбора, ограничив их объемом резервуара, типом срабатывания и схемой управления. Существенное сокращение требований делает возможным самостоятельное изготовление подобного устройства.

Читайте так же:
Клеммник для подключения электроплиты

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

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:

Датчики уровня для резервуаров с ГСМ

Датчики уровня для резервуаров с ГСМ

Горюче-смазочные материалы и другие химические жидкости имеют добавленную ценность, по сравнению, например, с водой. Потеря даже самого незначительного их количества выражается внушительными денежными знаками. Поэтому крайне важно обеспечить надежный контроль уровня наполнения емкостей с таким содержимым.

Особенности гидростатического метода

Один из наиболее надежных и к тому же простых методов контроля уровня резервуаров основан на измерении гидростатического давления. Датчик уровня, помещенный на дно емкости, измеряет давление водного столба, которое увеличивается пропорционально уровню заполнения. Высота заполнения рассчитывается по формуле:

где h — высота заполнения, p — гидростатическое давление у основания резервуара, sg — удельный вес жидкости. При контроле гидростатического уровня в резервуарах всегда необходимо учитывать два фактора: тип жидкости и тип резервуара. Если речь идет о жидкости, отличной от воды, датчик давления должен быть масштабирован для компенсации ее удельного веса. Кроме того, измерительный прибор должен быть способен выдерживать свойства рабочей среды. Есть также нюансы при работе оборудования в открытых и закрытых резервуарах.

Преимущества гидростатических уровнемеров: точность, стабильность, простота

Датчики гидростатического давления измеряют уровень жидкости в резервуарах непрерывно и с высокой точностью. Гидростатические уровнемеры работают практически с любыми жидкостями, выдерживают высокое давление, не требуют сложного технического обслуживания. Этот тип датчиков отличает абсолютная простота установки — фактически требуется всего лишь опустить прибор на дно.

При этом гидростатические датчики выделяются высокой точностью по сравнению с другими типами уровнемеров, в том числе ультразвуковыми. Погрешность составляет не более ±0,1%. Еще одно важное преимущество данных приборов — долговременная стабильность, что особенно важно при работе с дорогостоящими жидкостями.

Датчики, поставляемые компанией «Полтраф СНГ», могут быть откалиброваны на заводе-изготовителе под конкретные условия применения. В нашем ассортименте имеются приборы со взрывозащитой.

Уровнемеры STS – лучший выбор для резервуаров с ГСМ

Для измерения уровня в резервуарах с ГСМ мы предлагаем датчики производства STS, как наиболее надежные и устойчивые к неблагоприятным воздействиям. В модельной линейке серии АТМ всегда можно выбрать оптимальный прибор в зависимости от рабочей среды и ценовых ожиданий. Рассмотрим несколько флагманов. В ситуациях, когда требуется суперточность, мы рекомендуем использовать погружные гидростатические уровнемеры ATM.1ST/N. Это отказоустойчивые приборы из нержавеющей стали или титана с точностью ±0,1%. Высокая точность измерений обеспечивается сложными алгоритмами цифровой температурной компенсации. А превосходная долговременная стабильность позволяет проводить точные измерения в течение длительного периода.

Читайте так же:
Кто такой слесарь и чем он занимается

Гидростатический датчик уровня ATM/N/Ex - взрывозащищенный уровнемер для резервуаров, шахт

ATM/N/Ex – гидростатический уровнемер со взрывозащитой и защитой от короткого замыкания. Компактный прибор с прочным корпусом. Модульная конструкция позволяет любые технологические присоединения. Идеален для применения в шахтах и резервуарах, в том числе с ГСМ.

Приборы для контроля уровня жидкости АРК «Энергосервис»

Приборы для измерения уровня жидкостей и твердых веществ могут работать на механическом, гидростатическом, электрическом, магнитном или оптическом принципе или использовать уровнемеры с эхолокацией и радиолокацией. Контроллеры и датчики уровня — универсальные прецизионные устройства, предназначенные для широкого круга приложений, где требуется сверхточное измерение потока жидкости. Они могут применяться для решения следующих задач:

  • поддержание уровня жидкости в заданных пределах;
  • управление насосами, заполняющими накопительные или напорные резервуары, химические реакторы и т. п.;
  • управление насосами, подающими воду из скважин и откачивающими ее из различных емкостей;
  • защита от сухого хода насосов, ТЭНов и аварийное отключение приборов, работа которых недопустима без воды (отопительных электрокотлов, водонагревателей и пр.);
  • предотвращение переливов и загрязнения окружающей среды;
  • контроль уровня жидкости в транспортных средствах, например контроль объема топлива в тяжелой технике (грузовиках, экскаваторах, тепловозах).

Контроллеры уровня предназначены для регулирования уровня жидких и сыпучих сред в различного рода емкостях, скважинах, коллекторах и т. п. Преимущества этих устройств:

  • возможность подключения датчиков уровня различных типов;
  • более мощные (по сравнению с поплавковыми датчиками) исполнительные реле;
  • возможность задания чувствительности измерительных входов;
  • четыре типовых алгоритма работы и возможность ручного управления исполнительными механизмами;
  • возможность использования в качестве датчиков уровня:
  • кондуктометрических зондов;
  • датчиков типа «сухой контакт» (например, поплавковых);
  • бесконтактных датчиков n-p-n- или p-n-p-типа.

Датчики уровня предназначены, как следует из названия, для измерения уровня воды или других жидкостей. В зависимости от типа приложения, где используется датчик, применяется контактный или бесконтактный метод измерений. При контактном измерении (датчики поплавкового типа) прибор располагается непосредственно на стенке резервуара и переключает контакты при достижении водой уровня его размещения. Бесконтактный принцип измерений позволяет работать с жидкостью с различным уровнем вязкости или токсичности.

Контроллеры уровня серии «Ординар»

Контроллеры уровня АРК «Энергосервис» могут также применяться для автоматического наполнения или осушения резервуара, бака, приямка и т. д. Рассмотрим функциональные возможности и характеристики приборов серии «Ординар» (табл. 1). На рис. 1 показана система контроля уровня жидкости для контроллера «Ординар-Щ». Дадим пояснения к рисунку:

  1. Первый алгоритм — работа на заполнение и осушение. В этом случае реализовано три независимых канала контроля уровня среды. Один канал использует один датчик уровня и может управлять одним реле.
  2. Второй алгоритм позволяет управлять заполнением бака из скважины, а также заполнением бака из «бесконечного резервуара» или осушением скважины. Для работы алгоритма необходимо подключение двух датчиков в баке (верхний и нижний уровень) и двух датчиков в скважине (верхний и нижний уровень).
  3. Третий алгоритм предназначен для контроля уровня среды с защитой от перелива в одном баке с использованием трех датчиков уровня (нижнего, верхнего и аварийного).
  4. Четвертый алгоритм предназначен для контроля уровня в емкости по четырем датчикам: перелив, верхний, нижний и сухой ход.

Рис. 1. Система контроля уровня жидкости в резервуаре

Рис. 1. Система контроля уровня жидкости в резервуаре

8 А, 220 В/ =10 А, 28 В; драйвер оптосимистора

Датчики уровня

Поплавковые датчики уровня одни из самых недорогих и вместе с тем надежных устройств для контроля уровня жидкостей. Они могут использоваться для контроля уровня самых разных сред, например сточных вод, химически агрессивных жидкостей или пищевых продуктов.

Читайте так же:
Материал для ножа в домашних условиях

Конструкция проборов очень проста: датчик имеет поплавок, внутри которого установлен магнит. При изменении уровня среды поплавок перемещается, магнит приближается к геркону, что приводит к замыканию контакта.

Преимущества поплавковых датчиков:

  • различные варианты конструктивных исполнений и способов монтажа;
  • отсутствие необходимости собственного питания;
  • нечувствительность к пене;
  • работа с агрессивными, пузырьковыми и вязкими жидкостями;
  • простота в установке;
  • низкая цена.

Поплавковые датчики могут подключаться к контроллеру уровня — например, к «Ординару», а он, в свою очередь, к исполнительному механизму — например, к подающему или пополняющему насосу. Некоторые из большого числа поплавковых датчиков уровня представлены на рис. 2.

Примеры поплавковых датчиков уровня компании «Автоматика»: а) ПДУ-Б2; б) ПДУ-П501; в) ПДУ-П511; г) ПДУ-Н214-400; д) ПДУ-В142-221; е) ПДУ-Н212; ж) ПДУ-Н101; з) ПДУ-Н201-80; и) ПДУ-Н601-53; к) ПДУ-Н502; л) ПДУ-Н621-40; м) ПДУ-Ф501-45; н) ПДУ-Н231-97; о) ПДУ-Ф161-1246; п) ПДУ-Ф251-226

Рис. 2. Примеры поплавковых датчиков уровня компании «Автоматика»:
а) ПДУ-Б2;
б) ПДУ-П501;
в) ПДУ-П511;
г) ПДУ-Н214-400;
д) ПДУ-В142-221;
е) ПДУ-Н212;
ж) ПДУ-Н101;
з) ПДУ-Н201-80;
и) ПДУ-Н601-53;
к) ПДУ-Н502;
л) ПДУ-Н621-40;
м) ПДУ-Ф501-45;
н) ПДУ-Н231-97;
о) ПДУ-Ф161-1246;
п) ПДУ-Ф251-226

Кондуктометрические датчики уровня (рис. 3) предназначены для измерения и сигнализации уровней электропроводных жидкостей (вода, молоко, пищевые продукты — слабо­кислотные, щелочные и пр.). Принцип действия приборов основан на изменении электропроводности между общим и сигнальным электродами в зависимости от уровня сигнализируемой жидкости.

Кондуктометрические датчики уровня компании «Автоматика»: а) ДСП-А-01; б) комплект из трех датчиков ДСП-А-03

Рис. 3. Кондуктометрические датчики уровня компании «Автоматика»:
а) ДСП-А-01;
б) комплект из трех датчиков ДСП-А-03

Рис. 4. Пример оптического датчика уровня компании «Автоматика»

Рис. 4. Пример оптического датчика уровня компании «Автоматика»

Оптический датчик уровня (рис. 4) является универсальным прибором и применяется в различных областях для работы практически со всеми типами жидкостей, в том числе и агрессивными. Однако не рекомендуется применять датчик с кристаллизующимися и дающими твердый осадок жидкостями, а также в средах с высоким содержанием конденсата. Характеристики и особенности устройства:

  • тип NPN;
  • погрешность ±1 мм;
  • питание 5–12 В DC;
  • максимальная нагрузка 40 мА, 30 В DC;
  • рабочая температура –40…+110 °С;
  • материал полисульфон;
  • защита IP66;
  • миниатюрные размеры;
  • долгий срок службы благодаря отсутствию подвижных частей и встроенной оптопаре;
  • светодиодный индикатор состояния реле;
  • простота в установке.

В данной статье были кратко представлены лишь некоторые из ассортимента устройств АРК «Энергосервис» для измерения уровня жидкостей в резервуарах. В целом, предприятие производит очень широкий круг контрольно-измерительных приборов, которые смогут удовлетворить практически любые потребности заказчиков.

Контроль уровня жидкости в удаленных резервуарах и открытых водоемах

Некоторые приложения требуют периодического мониторинга уровня жидкости в различного рода резервуарах, колодцах, баках, каналах и тому подобных закрытых и открытых емкостях и водоемах. Примером таких приложений являются:

  • Системы водоотведения и канализации;
  • Противопаводковые сооружения;
  • Системы водоснабжения (водохранилища, ирригационные каналы, баки и резервуары);
  • Резервуары хранения топлива, например, топливные баки резервирующих дизель генераторных установок.

Зачастую достаточно простая измерительная задача контроля уровня жидкости осложняется значительной удаленностью точек измерения друг от друга и от центральной системы диспетчеризации или необходимостью их быстрого развертывания, например, в период паводка. Удаленность точек контроля от центральной системы диспетчеризации существенно удорожает или вовсе делает невозможной традиционную проводную передачу данных. В этом случае оптимальным решением дистанционного мониторинга уровня жидкости являются датчики измерения уровня SolidAT Gauger GSM израильской компании Solid Applied Technologies Ltd с беспроводной передачей данных.

Читайте так же:
Биполярный транзистор в схеме с общим эмиттером

SolidAT Gauger GSM

Высокоточный датчик GaugerGSM представляет собой ультразвуковой уровнемер со встроенным модемом сотовой связи GSM. Датчик измеряет расстояние до поверхности содержимого и температуру в емкостях и пересчитывает в уровень жидкости или объем. Корпус датчика имеет IP68 и выполнен из пластика, стойкого к воздействию ультрафиолета. Сенсор датчика покрыт защитным слоем поливинилдиметилфталата PVDF — датчик может работать в агрессивных средах.

Короткая мертвая зона датчика (15 см), автокоррекция по температуре, а также наличие аттестаций по взрывозащищенности (EX II 1G, Ex ia IIB, T4, Ga) позволяет применять датчики GaugerGSM в том числе и для измерения уровня дизельного топлива. Резервуары дизель генераторных установок, баки генераторов удаленных вышек сотовой связи и мобильные баки строительных компаний имеют, как правило, горизонтальные цилиндрические или кубические формы. Типичная высота подобных резервуаров для хранения дизельного топлива не превышает 1-3 метров. Поэтому короткие мертвые зоны измерения датчиков уровня в данных приложениях очень важны. Измерение объема чувствительно к изменениям температуры и требует автоматической температурной коррекции.

SolidAT Gauger GSM

Напряжение питания датчика GaugerGSM от 8 до 33В. Ток потребления при напряжении питания 24В: постоянно — менее 10мА, во время передачи данных по каналу GSM — 40мА, кратковременные пики в момент переключения — до 160мА. Благодаря низкому энергопотреблению датчик может быть запитан от автономных источников питания — аккумуляторных или солнечных батарей. Это особенно удобно при развертывании временных точек контроля уровня воды в водоемах, например, в паводковой период.

Измеренные и расчетные данные прибор пересылает одному, заранее определенному адресату. Информация передается по сети GSM в виде SMS или GPRS сообщений. Поддерживаемые частоты по стандарту GSM: 850, 900, 1800, 1900 МГц. Каждое сообщение SMS или GPRS содержит подробности одного измерения: тэг (при GPRS передаче), расстояние, уровень, внутреннюю и внешнюю температуру, код состояния оборудования. Периодичность передачи сообщений устанавливается при начальной настройке устройства и может составлять от 3 минут до 45 дней. В стандартном исполнении антенна GSM находится в корпусе уровнемера. В случае слабого сигнала, например, при размещении датчика внутри колодца, может быть использована внешняя антенна.

Получателем SMS и GPRS сообщений от множества полевых устройств GaugerGSM является персональный компьютер или сервер. Пользователь может видеть принятые данные с помощью программы мониторинга GaugerNET, поставляемой компанией SolidAT.

SolidAT Gauger GSM

Датчики уровня SolidAT GaugerGSM имеют 1 релейный выход, 1-3 опциональных дискретных входа, моноблочную или разнесенную конструкцию, опциональный выход RS485. Программные алгоритмы датчика отсекают ложные эхосигналы, компенсируют изменения температуры и обрабатывают турбулентные цели. Модификация датчика GaugerGPS, кроме всего прочего, может осуществлять передачу точных координат расположения датчика (GPS) для получения более наглядной информации при контроле уровня воды в открытых водоемах.

Высокоточный беспроводной датчик уровня GaugerGSM.
Диапазон измерения уровня: 0,15 — 8,0 м (для частоты 75 кГц) или 0,35 — 9,5 м (для частоты 50 кГц). Погрешность измерения: от ±1,5мм (расстояние до 60 см), до ±0,3% (расстояние до 8 метров).

Рабочая температура: от –20 до +70°С (версия с дисплеем), от -30 до +70°С (версия без дисплея).

При подготовке публикации использованы информационные материалы компании SolidAT.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector