Датчики уровня определяют уровень жидкостей и других жидкостей и псевдоожиженных твердых веществ, включая суспензии , гранулированные материалы и порошки, имеющие верхнюю свободную поверхность . Текущие вещества становятся по существу горизонтальными в своих контейнерах (или других физических границах) из-за силы тяжести , тогда как большинство сыпучих материалов накапливаются под углом естественного откоса до пика. Измеряемое вещество может находиться внутри контейнера или в своей естественной форме (например, река или озеро). Измерение уровня может быть как непрерывным, так и точечным. Датчики непрерывного уровня измеряют уровень в заданном диапазоне и определяют точное количество вещества в определенном месте, тогда как датчики точечного уровня лишь указывают, находится ли вещество выше или ниже точки измерения. Обычно последние определяют слишком высокие или низкие уровни.
Существует множество физических и прикладных переменных, которые влияют на выбор оптимального метода контроля уровня для промышленных и коммерческих процессов. [1] Критерии выбора включают физические: фазу (жидкая, твердая или суспензия), температуру , давление или вакуум , химический состав , диэлектрическую проницаемость среды , плотность (удельный вес) среды, перемешивание (действие) , акустический или электрический шум, вибрация , механический удар , размер и форма резервуара или контейнера. Также важны ограничения применения: цена, точность, внешний вид, скорость отклика, простота калибровки или программирования , физический размер и монтаж прибора, мониторинг или управление непрерывными или дискретными (точечными) уровнями. Короче говоря, датчики уровня являются одними из очень важных датчиков и играют очень важную роль в различных потребительских/промышленных приложениях. Как и другие типы датчиков, датчики уровня доступны или могут быть спроектированы с использованием различных принципов измерения. Выбор подходящего типа датчика, соответствующего требованиям применения, очень важен.
Для обнаружения предельного уровня твердых веществ доступны различные датчики. К ним относятся вибрационные, вращающиеся лопастные, механические ( диафрагменные ), микроволновые ( радарные ), емкостные, оптические, импульсно-ультразвуковые и ультразвуковые датчики уровня.
Они обнаруживают уровни очень мелких порошков (объемная плотность:0,02–0,2 г/см 3 ), мелкодисперсные порошки (насыпная плотность:0,2–0,5 г/см 3 ) и сыпучих веществ (насыпная плотность:0,5 г/см 3 или более). При правильном выборе частоты вибрации и подходящей настройке чувствительности они также могут определять уровень сильно флюидизированных порошков и электростатических материалов.
Однозондовые вибрационные датчики уровня идеально подходят для измерения уровня сыпучего порошка. Поскольку с порошком контактирует только один чувствительный элемент, перемычки между двумя элементами зонда устраняются, а скопление среды сводится к минимуму. Вибрация зонда направлена на устранение отложений материала на элементе зонда. На вибрационные датчики уровня не влияют пыль, накопление статического заряда диэлектрическими порошками, а также изменения проводимости, температуры, давления, влажности или содержания влаги. Еще одной альтернативой являются датчики вибрации в виде камертона. Они, как правило, менее дорогие, но склонны к скоплению материала между зубьями.
Датчики уровня с вращающимися лопастями представляют собой очень старый и хорошо зарекомендовавший себя метод определения уровня сыпучих материалов. В этой технике используется тихоходный мотор-редуктор, который вращает лопастное колесо. Когда лопасть останавливается из-за твердых материалов, двигатель вращается на валу под действием собственного крутящего момента до тех пор, пока фланец, установленный на двигателе, не коснется механического переключателя. Лопатка может быть изготовлена из различных материалов, но на лопасть нельзя скапливаться липким материалом. Налипание может произойти, если технологический материал становится липким из-за высокого уровня влажности или высокой влажности окружающей среды в бункере. Для материалов с очень низким весом на единицу объема, таких как перлит , бентонит или летучая зола , используются специальные конструкции лопастей и двигатели с низким крутящим моментом. Необходимо предотвратить попадание мелких частиц или пыли в подшипники вала и двигатель путем правильного размещения лопасти в бункере или бункере и использования соответствующих уплотнений.
Датчик уровня радиочастотной проводимости использует стержневой зонд и радиочастотный источник для измерения изменения проводимости . Зонд подключается через экранированный коаксиальный кабель, чтобы исключить влияние изменения емкости кабеля относительно земли. При изменении уровня вокруг зонда наблюдается соответствующее изменение диэлектрика. Это изменяет проводимость этого несовершенного конденсатора, и это изменение измеряется для обнаружения изменения уровня. [2]
Типичные системы для определения предельного уровня в жидкостях включают магнитные и механические поплавки, датчики давления, электропроводящие датчики или электростатические (емкостные или индуктивные) детекторы, а также путем измерения времени прохождения сигнала до поверхности жидкости с помощью электромагнитных (например, магнитострикционных) датчиков. ), ультразвуковые, радарные или оптические датчики. [3] [4]
Принцип действия магнитных, механических, кабельных и других поплавковых датчиков уровня часто включает в себя размыкание или замыкание механического переключателя либо посредством прямого контакта с переключателем, либо посредством магнитного действия геркона. В других случаях, например, в магнитострикционных датчиках, возможен непрерывный мониторинг с использованием поплавкового принципа.
В поплавковых датчиках с магнитным управлением переключение происходит, когда постоянный магнит, запечатанный внутри поплавка, поднимается или опускается до уровня срабатывания. У поплавка с механическим приводом переключение происходит в результате движения поплавка против миниатюрного (микро)переключателя. Как для магнитных, так и для механических поплавковых датчиков уровня на выбор штока и поплавка влияют химическая совместимость, температура, удельный вес (плотность), плавучесть и вязкость. Например, поплавки большего размера можно использовать с жидкостями с удельным весом всего 0,5, сохраняя при этом плавучесть. На выбор материала поплавка также влияют температурные изменения удельного веса и вязкости – изменения, которые напрямую влияют на плавучесть. [5]
Датчики поплавкового типа могут быть сконструированы таким образом, чтобы экран защищал сам поплавок от турбулентности и волнового движения. Поплавковые датчики хорошо работают в самых разных жидкостях, включая коррозионные. Однако при использовании органических растворителей необходимо убедиться, что эти жидкости химически совместимы с материалами, из которых изготовлен датчик. Датчики поплавкового типа не следует использовать с жидкостями высокой вязкости (густыми), осадком или жидкостями, которые прилипают к штоку или поплавкам, а также с материалами, содержащими загрязнения, например, металлическую стружку; другие сенсорные технологии лучше подходят для этих приложений.
Особым применением датчиков поплавкового типа является определение уровня раздела нефти и воды в системах разделения нефти и воды. Можно использовать два поплавка, размер каждого из которых соответствует удельному весу масла с одной стороны и воды с другой. Еще одним специальным применением поплавкового выключателя стержневого типа является установка датчиков температуры или давления для создания многопараметрического датчика. Магнитные поплавковые выключатели популярны благодаря простоте, надежности и низкой стоимости.
Разновидностью магнитного зондирования является датчик « эффекта Холла », который использует магнитное зондирование показаний механического датчика. В типичном применении чувствительный к магнетизму «датчик Холла» прикрепляется к механическому манометру, имеющему намагниченную индикаторную стрелку, чтобы определять положение стрелки манометра. Магнитный датчик преобразует положение стрелки индикатора в электрический сигнал, обеспечивая другую (обычно дистанционную) индикацию или сигнализацию. [3]
Пневматические датчики уровня используются там, где существуют опасные условия, где нет электроэнергии или ее использование ограничено, а также в приложениях, связанных с тяжелым илом или шламом. Поскольку для срабатывания переключателя используется сжатие столба воздуха на диафрагму, технологическая жидкость не контактирует с движущимися частями датчика . Эти датчики подходят для использования с высоковязкими жидкостями, такими как смазка, а также с жидкостями на водной основе и агрессивными жидкостями. Это имеет дополнительное преимущество, заключающееся в относительно низкой стоимости метода мониторинга точечного уровня. Разновидностью этого метода является «барботер», который сжимает воздух в трубку до дна резервуара до тех пор, пока рост давления не прекратится, поскольку давление воздуха не станет достаточно высоким, чтобы вытеснить пузырьки воздуха из нижней части трубки, преодолевая давление. там. Измерение стабилизированного давления воздуха показывает давление внизу резервуара и, следовательно, массу жидкости вверху. [6] [7] [8] [9] [3] [4]
Кондуктивные датчики уровня идеально подходят для определения предельного уровня широкого спектра проводящих жидкостей, таких как вода, и особенно хорошо подходят для высококоррозионных жидкостей, таких как каустическая сода, соляная кислота , азотная кислота, хлорид железа и подобные жидкости. Для проводящих жидкостей, которые являются агрессивными, электроды датчика должны быть изготовлены из титана, Hastelloy B или C или нержавеющей стали 316 и изолированы с помощью прокладок, сепараторов или держателей из материалов на основе керамики, полиэтилена и тефлона. В зависимости от конструкции с одним держателем можно использовать несколько электродов разной длины. Поскольку коррозионные жидкости становятся более агрессивными при повышении температуры и давления, при выборе этих датчиков необходимо учитывать эти экстремальные условия.
В кондуктивных датчиках уровня используется низковольтный источник питания с ограничением тока, подаваемый на отдельные электроды. Источник питания адаптирован к проводимости жидкости, а версии с более высоким напряжением предназначены для работы в менее проводящих средах (с более высоким сопротивлением). Источник питания часто включает в себя некоторые аспекты управления, такие как управление высоким-низким или попеременным управлением насосом. Проводящая жидкость, контактирующая как с самым длинным зондом (общим), так и с более коротким зондом (обратным), замыкает проводящую цепь. Кондуктивные датчики чрезвычайно безопасны, поскольку они используют низкие напряжения и токи. Поскольку используемый ток и напряжение по своей природе малы, из соображений личной безопасности этот метод также можно сделать искробезопасным , чтобы соответствовать международным стандартам для опасных зон . Кондуктивные датчики имеют дополнительное преимущество: они являются полупроводниковыми устройствами и очень просты в установке и использовании. Для некоторых жидкостей и применений обслуживание может быть проблемой. Зонд должен оставаться проводящим. Если отложения изолируют зонд от среды, он перестанет работать должным образом. Для простой проверки зонда потребуется омметр, подключенный к подозрительному зонду и опорному заземлению.
Обычно в большинстве колодцев для воды и сточных вод возврат в грунт обеспечивает сама скважина с ее лестницами, насосами и другими металлическими установками. Однако в резервуарах для химикатов и других незаземленных колодцах установщик должен обеспечить возврат заземления, обычно заземляющий стержень.
Метод обнаружения изменения частотного состояния, управляемый микропроцессором, использует сигнал низкой амплитуды, генерируемый на нескольких сенсорных зондах разной длины. Каждый зонд имеет частоту, отдельную от всех остальных зондов в массиве, и независимо меняет состояние при соприкосновении с водой. Изменение состояния частоты на каждом датчике контролируется микропроцессором, который может выполнять несколько функций контроля уровня воды.
Сильной стороной мониторинга частоты в зависимости от состояния является долговременная стабильность датчиков. Сила сигнала недостаточна, чтобы вызвать загрязнение, деградацию или повреждение датчиков из-за электролиза в загрязненной воде. Требования к очистке сенсора минимальны или вообще отсутствуют. Использование нескольких сенсорных стержней разной длины позволяет пользователю интуитивно настраивать переключатели управления на различной высоте воды.
Микропроцессор в частотно-зависимом мониторе может управлять клапанами и/или большими насосами с очень низким энергопотреблением. Несколько переключателей управления могут быть встроены в небольшой корпус, обеспечивая при этом сложную, специфичную для приложения функциональность с использованием микропроцессора. Низкое энергопотребление элементов управления одинаково для больших и малых полевых приложений. Эта универсальная технология используется в приложениях с жидкостью широкого диапазона качества.
Ультразвуковые датчики уровня используются для бесконтактного измерения уровня высоковязких жидкостей, а также сыпучих материалов. Они также широко используются в системах очистки воды для управления насосами и измерения расхода в открытых каналах. Датчики излучают высокочастотные (от 20 кГц до 200 кГц) акустические волны, которые отражаются обратно и обнаруживаются излучающим преобразователем. [3]
На ультразвуковые датчики уровня также влияет изменение скорости звука из-за влажности, температуры и давления. Для повышения точности измерения к измерению уровня можно применять поправочные коэффициенты.
Турбулентность, пена, пар, химический туман (пары) и изменения концентрации обрабатываемого материала также влияют на реакцию ультразвукового датчика. Турбулентность и пена препятствуют правильному отражению звуковой волны на датчик; пар, химические туманы и испарения искажают или поглощают звуковую волну; а изменения концентрации вызывают изменения количества энергии звуковой волны, которая отражается обратно к датчику. Успокоительные колодцы и волноводы используются для предотвращения ошибок, вызванных этими факторами.
Правильный монтаж преобразователя необходим для обеспечения наилучшего отклика на отраженный звук. Кроме того, бункер, бункер или резервуар должны быть относительно свободны от препятствий, таких как сварные конструкции, кронштейны или лестницы, чтобы свести к минимуму ложные возвраты и, как следствие, ошибочный ответ, хотя большинство современных систем имеют достаточно «умную» обработку эхо-сигналов, чтобы вносить значительные инженерные изменения. нет необходимости, за исключением случаев, когда проникновение блокирует прямую видимость датчика на цель. Поскольку ультразвуковой преобразователь используется как для передачи, так и для приема акустической энергии, он подвергается периоду механической вибрации, известному как «звон». Эта вибрация должна затухнуть (прекратиться), прежде чем отраженный сигнал сможет быть обработан. Конечным результатом является расстояние от лицевой стороны преобразователя, который является слепым и не может обнаружить объект. Она известна как «зона гашения», обычно от 150 мм до 1 м, в зависимости от дальности действия преобразователя.
Требование к электронной схеме обработки сигналов может быть использовано для превращения ультразвукового датчика в интеллектуальное устройство. Ультразвуковые датчики могут быть предназначены для обеспечения контроля предельного уровня, непрерывного мониторинга или того и другого. Благодаря наличию микропроцессора и относительно низкому энергопотреблению существует также возможность последовательной связи с другими вычислительными устройствами, что делает этот метод хорошим методом для настройки калибровки и фильтрации сигнала датчика, удаленного беспроводного мониторинга или сетевой связи предприятия. Ультразвуковой датчик пользуется широкой популярностью благодаря мощному сочетанию низкой цены и высокой функциональности.
Емкостные датчики уровня превосходно обнаруживают присутствие широкого спектра твердых веществ, водных и органических жидкостей, а также суспензий. [10] Этот метод часто называют RF для радиочастотных сигналов, подаваемых в емкостную цепь. Датчики могут быть предназначены для обнаружения материалов с диэлектрической проницаемостью от 1,1 (кокс и летучая зола) до 88 (вода) и выше. Также можно обнаружить шламы и шламы, такие как обезвоженный осадок и суспензия сточных вод (диэлектрическая проницаемость около 50), а также жидкие химикаты, такие как негашеная известь (диэлектрическая проницаемость около 90). [3] Емкостные датчики уровня с двумя зондами также могут использоваться для определения границы раздела двух несмешивающихся жидкостей с существенно разными диэлектрическими проницаемостями, обеспечивая твердотельную альтернативу вышеупомянутому магнитному поплавковому выключателю для применения на границе раздела нефть-вода.
Поскольку емкостные датчики уровня являются электронными устройствами, фазовая модуляция и использование более высоких частот делают датчик пригодным для применений, в которых диэлектрические проницаемости близки. Датчик не содержит движущихся частей, он прочен, прост в использовании и чистке, а также может быть рассчитан на работу при высоких температурах и давлениях. Существует опасность накопления и разряда статического заряда высокого напряжения, возникающего в результате трения и движения материалов с низкой диэлектрической проницаемостью, но эту опасность можно устранить при правильном проектировании и заземлении.
Соответствующий выбор материалов зонда уменьшает или устраняет проблемы, вызванные истиранием и коррозией. Измерение точечного уровня клеев и материалов с высокой вязкостью, таких как масло и смазка, может привести к скоплению материала на зонде; однако это можно свести к минимуму, используя самонастраивающийся датчик. Для жидкостей, склонных к пенообразованию, а также для применений, склонных к разбрызгиванию или турбулентности, емкостные датчики уровня могут быть оснащены, среди прочего, брызговиками или успокоительными колодцами.
Существенным ограничением для емкостных датчиков являются высокие контейнеры, используемые для хранения сыпучих материалов. Требование к проводящему зонду, доходящему до нижней границы измеряемого диапазона, является проблематичным. Длинные проводящие кабельные зонды (длиной от 20 до 50 метров), подвешенные в бункере или бункере, подвергаются огромным механическим напряжениям из-за веса сыпучего порошка в бункере и трения, действующего на кабель. Подобные установки часто приводят к обрыву кабеля.
Оптические датчики используются для измерения точечного уровня отложений, жидкостей со взвешенными твердыми частицами и границ раздела жидкость-жидкость. Эти датчики определяют уменьшение или изменение передачи инфракрасного света, излучаемого инфракрасным диодом (LED). При правильном выборе конструкционных материалов и места установки эти датчики можно использовать с водными, органическими и агрессивными жидкостями.
Распространенным применением экономичных датчиков предельного уровня с оптическим интерфейсом на основе инфракрасного излучения является обнаружение границы раздела ил/вода в прудах-отстойниках. Используя методы импульсной модуляции и мощный инфракрасный диод, можно устранить помехи от окружающего света, использовать светодиод с более высоким коэффициентом усиления и уменьшить влияние наложений на зонд.
Альтернативный подход к непрерывному оптическому измерению уровня предполагает использование лазера. Лазерный свет более концентрирован и, следовательно, лучше проникает в пыльную или парную среду. Лазерный свет отражается от большинства твердых и жидких поверхностей. Время полета можно измерить с помощью точной схемы синхронизации, чтобы определить дальность или расстояние до поверхности от датчика. Лазеры по-прежнему ограничены в использовании в промышленности из-за стоимости и необходимости технического обслуживания. Для поддержания работоспособности оптику необходимо часто чистить.
Микроволновые датчики идеально подходят для использования во влажных, паристых и пыльных средах, а также в приложениях, в которых изменяются температура и давление. Микроволны (также часто называемые радаром) проникают в температурные и паровые слои, что может вызвать проблемы при использовании других методов, например ультразвуковых. [3] Микроволны представляют собой электромагнитную энергию и поэтому не требуют молекул воздуха для передачи энергии, что делает их полезными в вакууме. Микроволны, как электромагнитная энергия, отражаются от объектов с высокими проводящими свойствами, таких как металл и проводящая вода. С другой стороны, они в различной степени поглощаются «низкодиэлектрическими» или изолирующими средами, такими как пластмассы, стекло, бумага, многие порошки, пищевые продукты и другие твердые вещества.
СВЧ-датчики выполняются в самых разных техниках. Применяются два основных метода обработки сигналов, каждый из которых имеет свои преимущества: импульсная рефлектометрия или рефлектометрия во временной области (TDR), которая представляет собой измерение времени полета, деленного на скорость электромагнитных волн в среде (скорость света, деленная на квадратный корень диэлектрической проницаемости среды [11] ), аналогично ультразвуковым датчикам уровня и доплеровским системам, использующим методы ЧМКВ. Как и ультразвуковые датчики уровня, микроволновые датчики выполняются на различных частотах: от 1 ГГц до 60 ГГц. [12] Как правило, чем выше частота, тем точнее и дороже. Микроволновая обработка выполняется бесконтактным способом или управляемым способом. Первый осуществляется путем мониторинга микроволнового сигнала, который передается через свободное пространство (включая вакуум) и отражается обратно, или может быть реализован в виде метода «радиолокатора на проводе», обычно известного как волновой радар или управляемый микроволновый радар. В последнем методе характеристики обычно улучшаются в порошках и средах с низкой диэлектрической проницаемостью, которые плохо отражают электромагнитную энергию, передаваемую через пустоту (как в бесконтактных микроволновых датчиках). В этом методе можно использовать волноводы, специфичные для конкретного приложения, для получения более точных результатов или дополнительной информации, необходимой для применения датчика (например, некоторые датчики могут использовать детали резервуара или другое оборудование в качестве волновода или его части). [13] Распространенной практикой является использование выносных волноводов, когда волновод удален от электронной части (обычно для резервуаров с суровыми условиями, радиацией или кипящими под высоким давлением жидкостями/газами и т. д.). Но при управляемом методе существуют те же механические ограничения, которые вызывают проблемы для емкостных (РЧ) методов, упомянутых ранее, из-за наличия зонда в сосуде.
Бесконтактные радиолокационные датчики на основе микроволнового излучения способны видеть сквозь «прозрачные для микроволнового излучения» (непроводящие) стеклянные/пластиковые окна или стенки сосудов с низкой проводимостью, через которые может проходить микроволновый луч, и измерять «отражающую микроволновое излучение» (проводящую) жидкость. внутрь (так же, как использовать пластиковую миску в микроволновой печи). На них также практически не влияют высокие температуры, давление, вакуум или вибрация. Поскольку эти датчики не требуют физического контакта с технологическим материалом, передатчик/приемник можно установить на безопасном расстоянии над/от процесса, даже с удлиненной антенной на несколько метров для снижения температуры, но при этом реагировать на изменения уровня. или изменения расстояния, например, они идеально подходят для измерения расплавленных металлических изделий при температуре выше 1200 °C. Микроволновые передатчики также обладают тем же ключевым преимуществом, что и ультразвук: наличие микропроцессора для обработки сигнала, обеспечение многочисленных возможностей мониторинга, управления, связи, настройки и диагностики и независимость от изменения плотности, вязкости и электрических свойств. Кроме того, они решают некоторые ограничения применения ультразвука: работа в условиях высокого давления и вакуума, высоких температур, пыли, температуры и слоев пара. Волноводные радары могут очень успешно проводить измерения в узких замкнутых пространствах, поскольку направляющий элемент обеспечивает правильную передачу сигнала к измеряемой жидкости и от нее. Такие приложения, как внутренние успокоительные трубы или внешние уздечки или клетки, представляют собой отличную альтернативу поплавковым или вытесняющим устройствам, поскольку они удаляют любые движущиеся части или связи и не подвержены влиянию изменений плотности или наростов. Они также отлично подходят для продуктов с очень низкой отражательной способностью микроволнового излучения, таких как жидкие газы (СПГ, сжиженный нефтяной газ, аммиак), которые хранятся при низких температурах/высоком давлении, хотя необходимо уделить внимание устройствам герметизации и допускам для опасных зон. При работе с сыпучими материалами и порошками GWR предлагает прекрасную альтернативу радарам или ультразвуковым датчикам, но необходимо соблюдать определенную осторожность, чтобы избежать износа кабеля и нагрузки на крышу из-за движения продукта.
Одним из основных недостатков микроволновых или радиолокационных методов контроля уровня является относительно высокая цена таких датчиков и сложная установка. Однако за последние несколько лет цена значительно снизилась, чтобы соответствовать ценам на ультразвуковые приборы большей дальности, а упрощенная настройка обоих методов также повышает простоту использования.
Магнитострикционные датчики уровня аналогичны датчикам поплавкового типа в том, что постоянный магнит, запечатанный внутри поплавка, перемещается вверх и вниз по штоку, в котором запечатан магнитострикционный провод. Эти датчики идеально подходят для высокоточного и непрерывного измерения уровня широкого спектра жидкостей в контейнерах для хранения и транспортировки. Эти датчики требуют правильного выбора поплавка в зависимости от удельного веса жидкости. При выборе материалов поплавка и штока для магнитострикционных датчиков уровня применяются те же рекомендации, что и для магнитных и механических поплавковых датчиков уровня.
Магнитострикционные устройства уровня и положения заряжают магнитострикционный провод электрическим током, когда поле пересекает магнитное поле поплавков, генерируется механическое скручивание или импульс, который распространяется обратно по проводу со скоростью звука, как ультразвук или радар, расстояние измеряется по времени пролета от импульса до обратного регистра импульсов. время пролета соответствует расстоянию от датчика, обнаруживающего обратный импульс.
Из-за точности, которую обеспечивает магнитострикционный метод, он популярен для применений «коммерческого учета». Это может быть разрешено органом мер и весов для проведения коммерческих сделок. Он также часто применяется на магнитных визирах. В этом варианте магнит установлен в поплавке, который перемещается внутри измерительного стекла или трубки. Магнит воздействует на датчик, который установлен снаружи на манометре. Котлы и другие устройства, работающие при высоких температурах или давлениях, используют преимущества этого качества производительности.
Резистивные цепные датчики уровня аналогичны магнитным поплавковым датчикам уровня тем, что постоянный магнит, запечатанный внутри поплавка, перемещается вверх и вниз по штоку, в котором запечатаны близко расположенные переключатели и резисторы. Когда переключатели замкнуты, сопротивление суммируется и преобразуется в сигналы тока или напряжения, пропорциональные уровню жидкости.
Выбор материалов поплавка и штока зависит от жидкости с точки зрения химической совместимости, а также удельного веса и других факторов, влияющих на плавучесть. Эти датчики хорошо подходят для измерения уровня жидкости в морской, химической, фармацевтической, пищевой промышленности, переработке отходов и других приложениях. При правильном выборе двух поплавков цепные резистивные датчики уровня также можно использовать для контроля наличия границы раздела между двумя несмешивающимися жидкостями, удельный вес которых превышает 0,6, но отличается всего лишь на 0,1 единицы.
Поплавковые датчики уровня с магнитосопротивлением аналогичны поплавковым датчикам уровня, однако пара постоянных магнитов герметизирована внутри оси поплавкового рычага. Когда поплавок движется вверх, движение и местоположение передаются как угловое положение магнитного поля. Эта система обнаружения имеет высокую точность до 0,02° движения. Местоположение полевого компаса обеспечивает физическое местоположение плавающего положения. Выбор материалов поплавка и штока зависит от жидкости с точки зрения химической совместимости, а также от удельного веса и других факторов, влияющих на плавучесть поплавка. Электронная система контроля не контактирует с жидкостью и считается искробезопасной или взрывозащищенной. Эти датчики хорошо подходят для измерения уровня жидкости в морской, автомобильной, авиационной, химической, фармацевтической, пищевой, перерабатывающей и других отраслях промышленности.
Благодаря наличию микропроцессора и низкому энергопотреблению имеется возможность последовательной связи с другими вычислительными устройствами, что делает этот метод хорошим методом настройки калибровки и фильтрации сигнала датчика.
Датчики уровня гидростатического давления представляют собой погружные или наружные датчики давления , предназначенные для измерения уровня агрессивных жидкостей в глубоких резервуарах или воды в резервуарах. Обычно уровень жидкости определяется давлением на дне защитной оболочки для жидкости (резервуара или резервуара); давление внизу, с поправкой на плотность/удельный вес жидкости, указывает на глубину жидкости. [3] Для обеспечения надлежащей работы этих датчиков важно использовать химически совместимые материалы. Коммерчески доступны датчики от 10 мбар до 1000 бар.
Поскольку эти датчики определяют увеличение давления с глубиной, а удельный вес жидкостей различен, датчик необходимо правильно откалибровать для каждого применения. Кроме того, большие колебания температуры вызывают изменения удельного веса, которые следует учитывать при преобразовании давления в уровень. Конструкция этих датчиков позволяет предохранять диафрагму от загрязнений и отложений, обеспечивая тем самым правильную работу и точные измерения уровня гидростатического давления.
Для использования на открытом воздухе, где датчик не может быть установлен на дно резервуара или его трубы, специальная версия датчика уровня гидростатического давления, зонд уровня , может быть подвешена на кабеле в резервуар до нижней точки. это надо измерить. [3] Датчик должен быть специально спроектирован так, чтобы изолировать электронику от жидкой среды. В резервуарах с небольшим напором (менее 100 INWC) очень важно обеспечить атмосферное давление на задней стороне манометра. В противном случае нормальные изменения барометрического давления приведут к большой ошибке в выходном сигнале датчика. Кроме того, большинство датчиков нуждаются в компенсации изменений температуры жидкости.
Датчики уровня давления погружаются непосредственно в жидкость и постоянно плавают над дном резервуара. Измерение осуществляется по гидростатическому принципу. Сила тяжести столба жидкости вызывает расширение чувствительного к давлению сенсорного элемента, который преобразует измеренное давление в стандартный электрический сигнал. Соединительный кабель датчиков уровня выполняет несколько задач. Помимо подачи питания и передачи сигнала, датчик уровня удерживается на месте кабелем. Кабель также включает в себя тонкую воздушную трубку, которая направляет давление окружающего воздуха на датчик уровня. Поэтому датчики уровня обычно проектируются как датчики относительного давления, которые используют текущее давление окружающей среды в качестве нулевой точки своего диапазона измерения.
Без этой так называемой компенсации относительного давления датчики уровня измеряли бы не только гидростатическое давление, но и давление воздуха в столбе жидкости. На уровне моря это около 1013 мбар – что соответствовало бы давлению, оказываемому столбом воды высотой десять метров. Кроме того, переменное давление воздуха может повлиять на результат измерения. Типичные колебания давления воздуха составляют около +/- 20 мбар, что соответствует +/- 20 смВт (столб воды).
Для конструкций глубоких скважин также используется принцип измерения герметичного манометра. С глубины ок. 20 м относительное давление можно лишь в ограниченной степени компенсировать тонким шлангом. Датчик уровня представляет собой датчик абсолютного давления, нулевая точка которого настраивается на желаемое среднее давление воздуха в зависимости от места использования. Это означает, что датчик уровня больше не имеет никакой связи с атмосферой. Возможные колебания давления воздуха могут оказать влияние на результат измерений, но в глубоких скважинах они играют весьма незначительную роль.
Гидростатическое давление, также гравитационное давление или гравитационное давление, возникает внутри неподвижной жидкости. Оно вызвано силой тяжести и зависит от плотности и высоты столба жидкости. Масса жидкости не имеет значения (см. также гидростатический парадокс), т. е. решающее значение имеет не общий вес жидкости в контейнере, а уровень наполнения.
где:
Измерение минимального уровня начинается с полного покрытия измерительного элемента вблизи головной части датчика уровня. Уровни заполнения ниже датчика уровня не обнаруживаются. Поэтому в зависимости от применения и высоты монтажа необходимо отрегулировать уровень в блоке оценки на соответствующую высоту монтажа с помощью настройки смещения.
В зависимости от требований объекта датчики уровня имеют различные функции:
Датчик уровня барботера воздуха использует трубку с отверстием ниже поверхности уровня жидкости. Через трубку пропускают фиксированный поток воздуха. Давление в трубке пропорционально глубине (и плотности) жидкости над выходным отверстием трубки. [3]
Барботерные системы не содержат движущихся частей, что делает их пригодными для измерения уровня сточных вод, дренажных вод, осадка сточных вод, ночной почвы или воды с большим количеством взвешенных веществ. Единственной частью датчика, которая контактирует с жидкостью, является пузырьковая трубка, химически совместимая с материалом, уровень которого необходимо измерить. Поскольку точка измерения не имеет электрических компонентов, этот метод является хорошим выбором для классифицированных опасных зон. Управляющую часть системы можно расположить в безопасном месте, а пневматический трубопровод изолирует опасную зону от безопасной зоны.
Барботерные системы являются хорошим выбором для открытых резервуаров при атмосферном давлении и могут быть сконструированы таким образом, чтобы воздух под высоким давлением направлялся через перепускной клапан для удаления твердых частиц, которые могут засорить барботажную трубку. Техника по своей сути является самоочищающейся. Настоятельно рекомендуется использовать его для измерения уровня жидкости, где ультразвуковые, поплавковые или микроволновые методы оказались ненадежными. Во время измерения системе потребуется постоянная подача воздуха. Конец трубки должен находиться выше определенной высоты, чтобы избежать засорения трубки илом.
Ядерный уровнемер или датчик гамма-излучения измеряет уровень путем ослабления гамма-лучей, проходящих через технологический резервуар. [14] Этот метод используется для регулирования уровня расплавленной стали в процессе непрерывной разливки стали. Форма с водяным охлаждением оснащена источником излучения, например кобальтом-60 или цезием-137 , с одной стороны и чувствительным детектором, например сцинтилляционным счетчиком, с другой. По мере того как уровень расплавленной стали в форме повышается, датчик улавливает меньше гамма-излучения. Этот метод позволяет проводить бесконтактные измерения там, где тепло расплавленного металла делает контактные методы и даже многие бесконтактные методы непрактичными.
Нуклонные датчики уровня часто используются в схемах дробления полезных ископаемых, где увеличение обнаружения гамма-лучей указывает на пустоту по сравнению с заполнением рудой. [15]
