В промышленности и быту всегда возникает необходимость для определения различных уровней в емкостях. Для этих задач используются датчики уровня различных конструкций. В зависимости от среды наполнения резервуара применяют тот или иной датчик, иногда, в целях простоты и экономии средств и времени, применяют датчики комбинированные, то есть изготовленные своими руками. Это незамысловатые конструкции, использующие в своем составе датчики совсем других типов. В основном такие датчики применяют там, где нет простого доступа к среде измерения или место измерения очень агрессивно для здоровья человека.
Виды датчиков уровня
- поплавковые датчики самые простые по конструкции, имеющие самое широкое распространение, комбинируют с электрическим реле , представляют собой различного вида поплавок, прикрепленный через проволоку, нить, или жестко к лепестку контакта, который замыкается при изменении положения поплавка.
- емкостные датчики уровня представляют собой пластины расположенные с двух сторон резервуара с материалом. Принцип работы лежит в изменении емкости в зависимости от распределения количества или состава материала в резервуаре. В основном такие датчики используют для определения уровня сыпучих материалов.
- радарные датчики уровня работают по принципу «излучатель — приемник частотных волн», поверхность материала отражает излучение датчика, приемник улавливает данное излучение и сравнивает излучаемый сигнал с отраженным и по частотному сдвигу определяет уровень в резервуаре. Определение уровня происходит по сравнению частотного временного сдвига.
- ультразвуковые датчики уровня работают по принципу радарных, только излучение происходит ультразвука. Аналогично с радарными, сравнивается разность сигнала, излучаемого с отраженным и вычисляется расстояние до поверхности материала (жидкости).
- гидростатические датчики уровня работают посредством измерения косвенной величины — давления столба жидкости. Давление пропорционально уровню жидкости в резервуаре.
Большинство современных датчиков уровня имеют в своей конструкции электронное реле с преобразователем. Электронная схема предназначена для преобразования измеряемой величины в стандартный сигнал. Сигнал может быть аналоговым и дискретным. Аналоговый может быть токовым 0..20мА и сигнал, называемый токовая петля 4..20мА или напряжением 0…5В, 0..10В.
Датчики уровня используются для защиты двигателя насоса от сухого хода, регулируют двигатели насосов скважин, наполняющих любые ёмкости с водой и не только, в системе холодного и горячего водоснабжения.
Особенности устройства
Ни один датчик уровня топлива не может дать совершенно точные показания. К примеру, помещаемый бак в датчик не будет сразу же давать правильный сигнал о наполнении. Цифры достигают нужного уровня спустя некоторое время.
Принцип работы ДУТ сводится к тому, что подбирать тот сигнал, который соответствует реальному уровню горючего материала. Устройства работают или с аналоговым, или с цифровым сигналом. Аналоговые датчики высокой точностью похвастать не могут, вследствие чего они используются в любой технике очень редко. Более точные цифровые датчики могут «перевести» аналоговый сигнал в цифровую информацию, которая корректируется с учетом погрешностей измерений, часть из которых вызвана геометрией бака и неравномерным распределением топлива. Самый важный этап их работы, а по совместительству и сопряженный со значительными допущениями – этап физического измерения.
Датчик уровня воды своими руками
Посмотрим, на примере откачки воды из приямка, как можно сделать управление в автоматическом цикле поддержания уровня воды не выше положенного.
Имеем приямок с очень не чистого вида жидкостью, состоящей из воды и примесей охлаждающей жидкости для резцов металлорежущего станка.
Были рассмотрены все виды датчиков, однако, по цене и простоте исполнения подошла комбинированная конструкция, состоящая из проволоки длиной три метра (глубина приямка), прикреплена к поплавку (большая пластмассовая емкость с воздухом), на поверхности проволока крепится к пружинке с лепестком.
В качестве сигнала берется обычный дискретный сигнал 24В с обычного индуктивного датчика. Он отрабатывает на лепесток. Когда уровень воды в приямке растёт, поплавок поднимается ослабляя пружину. На конце пружины прикреплен лепесток, он поднимается за счёт разгибающей силы пружины. На лепесток, в свою очередь, отрабатывает индуктивный сенсор, подавая на катушку реле двигателя насоса, заставляя его откачивать воду с приямка. Для того, чтобы избежать частых включений отключений двигателя, в цепи датчик-катушка, стоит реле задержки выключения с уставкой на 10 минут.
Таким образом, при следующем срабатывании датчика, реле снова сработает и цикл повторится.
Конечно, для предохранения двигателя от сухого хода целесообразно поставить датчик протекания в патрубок, через который происходит откачка эмульсии. Но в нашем случае важна была простота конструкции. Вместо индуктивного сенсора можно использовать две пластины, соприкасающиеся друг с другом, что будет еще экономичнее.
Если вода или другая жидкость имеет однородный состав, тогда можно применить концу кто метрический одноэлектродный датчик уровня.
Например ДУ-1Н , предназначенного для измерения уровня в различных типах жидкости. Датчик может работать в широких температурных пределах. Корпус не подвергается коррозии, состоит из высококачественной нержавеющей стали. В качестве изоляции используется керамика и фторопласт, это обеспечивает отличную изоляционную защиту. Устойчив ко многим механическим нагрузкам. Измерения не зависят от плотности жидкости. И не требует дополнительного ухода во время работы.
Особенности применения
Вышеуказанные типы ДУТ относятся к контактным. Контактные датчики слишком ненадежные для измерения уровня таких видов топлива, как этанол, биодизель и метанол. Дело в том, что подвижные элементы покрываются окисью. Как результат, показания датчиков перестают быть точными. То же происходит в баках, залитых бензином, но окисление происходит медленнее. Если автомобиль использует нетрадиционное топливо, то в его бак помещают бесконтактный ДУТ, представляющий собой магнитный датчик положения (MAPPS), помещенный в герметичный сосуд.
К какому бы типу датчик ни относился, у него есть одна особенность: поплавок начинает опускаться уже после того, как опустится ниже некоторого уровня само топливо. Отсюда и следует некоторая погрешность измерений, которая наиболее высока по мере заполнения топливного бака.
Выбор датчиков уровня
При выборе уровнемеров руководствуются следующими целями:
- Вид измеряемой жидкости. Ее характеристики, находим паспортную плотность измеряемого материала. К каким веществам относится вещество, опасно для человека или нет.
- Материал емкости, в которой будет производится измерение. От него зависит принцип действия уровнемера.
- Нужен ли вам с датчика аналоговый стандартный сигнал или предпочтительнее работа в качестве реле. Некоторые модели имеют встроенные схемы для обработки аналогового сигнала и преобразуют его в сигнал битовой логики.
- Необходимо знать пределы измеряемой величины, в очень длинных сосудах, с быстро меняющимся объемом, поплавковый конструктив работать будет не стабильно. В таком случае предпочтительнее радарный уровнемер.
- Современные уровнеметры оборудуют жидкокристаллическим экраном с отображением параметров в реальном времени и возможностью сохранения максимальных и минимальных значений. В параметрах датчика задается несколько уровней срабатывания, на каждый уровень свой дискретный выход. Задается плотность среды в настройках.
- Учитывают санитарные нормы для области применения. Например, в пищевой промышленности для измерения воды, напитков предъявляются высокие требования. Обязательно из нержавеющей стали.
- Необходимость сертификатов. Например, некоторые измерители ростехнадзор должен проверить и утвердить для использования на опасных объектах. Некоторым требуется разрешение санитарно-эпидемиологической службы в основном для воды и пищевых продуктов.
- Пригодность датчиков к применению во взрывоопасной среде. Применяются такие на нефтехимических производствах. Производитель гарантирует, что из-за таких систем во время всего срока службы не произойдет возгорание горючей среды, в которой она находится.
- Нужно учитывать возможность механических воздействий на систему, вибрации, электромагнитных волн, агрессивных сред.
- Наличие температурных перепадов системы, максимально возможные состояния.
- Насколько важна точность измерений уровня, один из важнейших параметров.
Примеры датчиков, их параметры и область применения
- Датчик емкостной ДЕ-1. Область применения: во взрывоопасных средах металлургической, химической промышленности, и др. Отслеживание величины уровня, а также значений температуры жидких сред и сыпучих материалов. Питание осуществляется 8 .. 30В постоянного тока. применяются в системах аварийной защиты.
- ЭСУ-1К сигнализатор уровня. Корпус сделан из фторопласта и стали. Размещают во взрывоопасных средах. Источник питания располагается вне опасной среды. питание 127…220В. Измерение жидких материалов таких как вода, спирт, нефть. Чувствительный элемент помещается в измеряемый материал, принцип действия емкостной. Материал блока питания из алюминиевого сплава.
- РУ-305 реле уровня. Отслеживание состояния уровня жидких веществ. Взрывобезопасное исполнение. Температура использования -50..+50С. Не используются в химически агрессивных средах. Строго работают в одном положении, наклон недопустим. Работает измерение путем перемещающегося поплавка с магнитом. Отрабатывает путем срабатывания герконов. Точность измерений до 5мм. питание 220В, ток 1А.
- Сигнализатор уровня СУ-100. Измерение уровня жидких и твердых веществ. Напряжение питания 24В. В составе имеется электромагнитное реле, чувствительный элемент помещается непосредственно в исследуемую жидкость. Измеряют предельное положение твердых веществ: песок, гравий, зерна.
- Rosemount 5600 радарный уровнемер. Бесконтактное измерение любого вида веществ. Важна правильность установки, от этого зависит точность измерений. Питание 24-240В. Прибор не терпит электромагнитных излучений. Взрывозащитный корпус. Имеет блок дисплея. Для уровнемера разработано собственное приложение, упрощающее настройку . Применяется для измерения температуры в емкости. Для правильного полноценного использования возможностей уровнемера требуется квалифицированная настройка прибора. Необходимо использовать параметры при настройке: расстояние между опорной точкой и уровнем;
- внутренний диаметр трубы;
- длина подсоединения уровнемера.
Существует огромное количество разновидностей датчиков в продаже . Выбор необходимо остановить на наиболее экономически выгодном варианте для конкретного проекта.
Вывод
ДУТ – не совсем обязательный, если так подумать, элемент автомобиля. Однако водители так привыкли к датчикам уровня топлива, что пользование транспортом без них становится некомфортным. При этом само устройство не отличается высокой надежностью. Для него характерно множество «болячек», часть которых переносится и на мониторинговые системы. При желании замену и регулировку датчика можно провести самому. Мы все же советуем поручить работу мастерам на СТО – и быстрее, и шанса что-то повредить нет. При покупке нового устройства настоятельно рекомендуем обратить внимание или на оригинал, или на аналог из Германии. Как показывает практика, в подавляющем большинстве случаев оригинальные автомобильные датчики на голову выше аналогов даже из среднего ценового сегмента, а сравниться с ними может разве что продукция ]Bosch[/anchor] и еще нескольких японских фирм.
Ядерные (радиационные) датчики
Несмотря на высокую эффективность этого решения оно остается методом, к которому обращаются в последнюю очередь — из-за дороговизны и специализированных требований. Метод очень прост: радиоактивный источник гамма-излучения размещается с одной стороны резервуара. На другой стороне монтируются датчики, аналогичные счетчику Гейгера, для считывания показаний уровня. Содержимое резервуара, твердое или жидкое, поглощает гамма-лучи предсказуемым образом, что позволяет определить уровень при помощи электронной аппаратуры. Точность измерений определяется количеством датчиков, поэтому обычно этот метод используют для регистрации верхнего и нижнего пределов.
Радиационные датчики не требуют проникновения ни в объем продукта, ни даже в резервуар вообще, поэтому этот метод особенно ценен для установок с высоким давлением и температурой, при обработке дорогостоящих продуктов, а также в случае нецелесообразности переделки имеющегося оборудования. Однако, с учетом способности радиоактивного источника пронизывать излучением типичный стальной резервуар, для работы с ним потребуются специальные разрешения и обучение операторов, поэтому это техническое решение требует тщательной продуманности и предварительной подготовки.
Недорогие приборы промышленного производства
Существуют также недорогие модели датчиков контроля уровня жидкости, которые возможно приобрести в магазинах по цене около 2 тыс. рублей
Различные модификации АРС
Такие поплавковые датчики применяются, как правило, в водоёмах. Измерительная головка в приборах этого типа небольшая, что делает прибор компактным. Нагрузочная возможность применения, согласно инструкции по эксплуатации, может достигать 1 ампера. Ввод провода в устройства герметичный. Корпус сделан из пластика. Рабочий дифференциал срабатывания равен 45 градусам. Максимальное давление для корректной работы приборов — 3 бара. Стоимость около 2 тыс. рублей в зависимости от модификации.
Устройства контроля заполнения ёмкости «Кристалл»
Эти датчики поплавкового типа можно применять в агрессивных средах. Очень компактны. Измерительная головка 2.3 сантиметра в диаметре. Максимальное давление корректной работы достигает 3.3 бара. Проводной вход выполнен в виде пластикового уплотнителя. Приборы оснащены барьером искрозащиты. Могут работать в горячей среде. Цена чуть выше 2 тыс. рублей, в зависимости от модификации.
Приборы Burkle
Эти устройства предназначены для загрязнённых сред, но также могут быть использованы и в чистых водоёмах, и резервуарах с чистой водой. Максимальное давление корректной работы составляет 4.1 бара. Максимально возможная нагрузка равна 1А. Возможна работа в средах, нагретых до 170 градусов, в жидкостях плотностью до 3 кг на кв. см. Средняя цена прибора составляет 2200 рублей и зависит от незначительных модификаций, вносимых производителем.
Датчики Fine Tek и Wilo
Эти устройства поплавкового типа можно использовать в агрессивных средах. Применяются для дренажных целей, также могут быть установлены в колодцах. Датчики выдерживают нагрузку до 2 ампер. Измерительные головки компактны и составляют 2.5 см. Проводные входы выполнены в специализированном уплотнителе. Корпуса сделаны из термостойкого пластика. Устройства оснащены топливными зондами, что позволяет их использование в горючих средах. Цена колеблется от 2 тыс. до 2500 рублей и также зависит от модификации.
Приборы Wilo поплавкового типа наиболее дёшевы, но функционально не предназначены для агрессивных сред применения и могут быть использованы только в чистой воде. Датчики обладают небольшими измерительными головками и имеют компактный вид. Максимальная температура использования равна 140 градусам. Рабочий дифференциал равен всего 30 градусам. Максимальное рабочее давление не превышает 2 бара. Цена таких датчиков колеблется в районе 1900 рублей.
Типы изделий контроля уровня заполнения
Приборы контроля уровня жидкости подразделяются на два основных вида: контактные и бесконтактные.
Бесконтактные датчики: описание
Используются преимущественно в промышленных процессах и делятся на ультразвуковые устройства, ёмкостные, электродные, работающие по гидростатическому принципу и так далее. Такие устройства применяются не только в воде, но и в других средах, в том числе и агрессивных. В схему входит, помимо самого датчика, погружаемого или устанавливаемого на стенки ёмкости, контроллер управления, который устанавливается в отдельном блоке управления вне резервуара. Такие системы являются сложными и дорогими, а, следовательно, нерентабельными для использования в бытовых условиях.
Для контроля уровня наполнения бака водой, необходимой для полива или водопровода, целесообразнее применять устройства боле простые и дешёвые.
Характеристика контактных приборов
Самые распространённым в этом виде приборов контроля заполнения резервуаров являются контактные датчики поплавкового типа, собранные на основе герконов. Устройства просты, надёжны и дёшевы. Разделяются по месту расположения в ёмкости с жидкостью:
- Вертикальное расположение. Шток с поплавком и магнитом двигается вдоль вертикальной трубки, на которой расположены герконы включения и отключения насоса.
- Горизонтальное размещение. Устанавливается в верхней или нижней части стенки ёмкости. По мере наполнения резервуара поплавок с закреплённым на нём магнитом поднимается на поперечной штанге к геркону, который коммутирует отключения питания насоса.
Поплавковые датчики контроля наполнения с различными конструктивными особенностями можно приобрести в магазинах. Выбор зависит от конкретного места установки прибора и условий эксплуатации.
