Czujniki poziomu cieczy w zbiorniku: rodzaje, przegląd producentów, zastosowanie i szczegóły montażu

Czujniki poziomu cieczy w zbiorniku zarówno mierzą poziom cieczy w zbiorniku jak i sygnalizują osiągnięcie granicy napełnienia. Urządzenia takie składają się z czułego czujnika, który reaguje na określone parametry fizyczne oraz układu do pomiaru, monitorowania i wyświetlania. W zależności od zastosowania stosowane są urządzenia o różnych zasadach działania.

Informacje zawarte w tym artykule pomogą zasady działania różne rodzaje czujników i obszary ich zastosowania. Być krótki przegląd ich Zalety i wady, Wymieniono głównych producentów o ugruntowanej pozycji na rynku.

Klasyfikacja urządzeń

Czujniki poziomu cieczy w zbiornikach mogą być miernikami poziomu lub sygnalizatorami. Te pierwsze przeznaczone są do ciągłego pomiaru poziomu cieczy w danym czasie. Wykorzystują one czujniki działające na różnych zasadach fizycznych. Ich sygnały są dalej przetwarzane przez analogowe lub cyfrowe układy elektroniczne tworzące przetworniki poziomu. Odczyty są wyświetlane na elementach wyświetlacza.

Przełącznik poziomu cieczy ostrzega po osiągnięciu ustalonego poziomu cieczy w zbiorniku. Inną ich nazwą są czujniki poziomu w zbiorniku, służące do odcinania dalszych dopływów wody. Ich sygnał wyjściowy jest dyskretny. Alarmy ostrzegawcze mogą być świetlne lub dźwiękowe. Systemy napełniania lub opróżniania są automatycznie blokowane przez alarm.

Metody pomiaru poziomu

W zależności od właściwości cieczy, która ma być mierzona w zbiorniku, stosuje się następujące metody pomiarowe

• kontakt, gdzie Następuje bezpośrednie oddziaływanie czujnika poziomu cieczy w zbiorniku lub jego części z medium;
• bezdotykowy, unikający bezpośredniej interakcji pomiędzy czujnikiem a cieczą (ze względu na jej agresywne właściwości lub wysoką lepkość).

Urządzenia kontaktowe znajdują się w zbiorniku bezpośrednio na powierzchni mierzonej cieczy (pływaki), w jej głębi (manometry hydrostatyczne) lub na ścianie zbiornika na pewnej wysokości (skraplacze płytowe). W przypadku mierników bezdotykowych (radarowych, ultradźwiękowych) należy zapewnić bezpośrednią widoczność powierzchni cieczy i brak bezpośredniego kontaktu z nią.

Zasady działania

Zarówno poziomowskazy, jak i sygnalizatory wykorzystują różne zasady działania do realizacji swoich funkcji. Najczęściej spotykane są następujące typy urządzeń:

• Pływakowe czujniki poziomu cieczy w zbiorniku;
• pojemnościowy;
• hydrostatyczne czujniki poziomu;
• urządzenia typu radarowego;
• czujniki ultradźwiękowe.

Wyłączniki pływakowe mogą być mechaniczne, dyskretne lub magnetostrykcyjne. Trzy pierwsze grupy czujników obejmują urządzenia wykorzystujące kontaktową metodę pomiaru, dwie pozostałe należą do urządzeń bezkontaktowych.

Mechaniczne sondy pływakowe

Lekki pływak, umieszczony na stałe na powierzchni cieczy w zbiorniku, połączony jest przez układ dźwigni mechanicznych ze środkowym zaciskiem potencjometru, stanowiącego ramię mostka oporowego. Przy minimalnej ilości cieczy w naczyniu, mostek uważa się za zrównoważony. Na jego przekątnej pomiarowej nie ma napięcia.

W miarę napełniania się zbiornika pływak podąża za poziomem cieczy, przesuwając ruchomy styk potencjometru przez system dźwigni. Zmiana rezystancji potencjometru powoduje rozregulowanie mostka. Napięcie pojawiające się na jego przekątnej pomiarowej jest wykorzystywane przez układ elektroniczny układu wskazującego. Jego analogowy lub cyfrowy odczyt odpowiada poziomowi cieczy w zbiorniku w danej chwili.

Dyskretne wyłączniki pływakowe

Dyskretny sygnał - otwarcie lub zamknięcie styków kontaktronu - jest wykorzystywany przez elektroniczny wyświetlacz i zespół sygnalizacyjny do wskazania, kiedy poziom cieczy w zbiorniku osiągnie określoną wartość. Styki metalowe wykonane z materiału o małej rezystancji przenoszenia w stanie zamkniętym, zamknięte w pustej bańce ze szkła izolacyjnego.

Czujnik poziomu zbiornika z wyjściem dyskretnym posiada prowadnicę w postaci pustej rury, do której nie może wpływać ciecz ze zbiornika. Wewnątrz prowadnicy znajdują się stałe styki jeden lub kilka przekaźników kontaktowych. Ich umiejscowienie zależy od przypadku, gdy konieczne jest uzyskanie alarmu, gdy poziom cieczy osiągnie zadaną wartość.

Pływak czujnika, z osadzonym małym magnesem stałym, przesuwa się wzdłuż szyny prowadzącej przy zmianie poziomu cieczy w zbiorniku. Grupa styków jest uruchamiana w momencie wejścia w pole magnetyczne magnesu stałego pływaka. Sygnał poprzez przewody podłączone do styków czujnika poziomu wody w zbiorniku kontaktowym jest podawany do obwodu alarmowego.

Magnetostrykcyjne czujniki pływakowe

Czujniki tego typu dostarczają stały sygnał w zależności od poziomu cieczy w zbiorniku. Głównym elementem, podobnie jak w poprzednim przypadku, jest pływak z magnesem trwałym w środku, który zajmuje pozycję na powierzchni cieczy i porusza się w płaszczyźnie pionowej wzdłuż prowadnicy.

Wewnętrzną wnękę przewodnika, odizolowaną od cieczy, zajmuje falowód. Wykonany jest z materiału magnetostrykcyjnego. W dolnej części elementu znajduje się źródło impulsów prądowych, które rozchodzą się wzdłuż elementu.

Gdy emitowany impuls zostanie osiągnięty lokalizacja Dwa pola magnetyczne pływaka i magnesu oddziałują na siebie. Wynikiem tej interakcji są drgania mechaniczne, które propagują się z powrotem w górę falowodu.

Do generatora impulsów dołączony jest element piezoelektryczny, który przechwytuje drgania mechaniczne. Zewnętrzny układ elektroniczny analizuje opóźnienie czasowe między impulsem emitowanym a odebranym i oblicza odległość do pływaka, który jest na stałe umieszczony na powierzchni cieczy. Układ wyświetlacza zawsze podaje wskazówki dotyczące poziomu cieczy w zbiorniku.

Czujniki pojemnościowe

Ten typ czujnika opiera się na zdolności kondensatora do zmiany swojej pojemności elektrycznej wraz ze zmianą stałej dielektrycznej materiału wypełniającego przestrzeń między powłokami. Stosuje się kondensatory współosiowe, które stanowią parę współosiowych wydrążonych cylindrów metalowych o różnych średnicach.

Te ostatnie to powłoki kondensatorów, pomiędzy którymi może swobodnie przepływać ciecz. Stała dielektryczna powietrza i cieczy ma różne wartości. Napełnienie naczynia powoduje zmianę całkowitej stałej dielektrycznej kondensatora współosiowego, a tym samym jego pojemności.

Częstotliwość obwodu oscylacyjnego, w który włączony jest kondensator, zmienia się proporcjonalnie do zmiany pojemności. Elektroniczny przetwornik częstotliwości/napięcia monitoruje tę zmianę i wyświetla wartość proporcjonalną do poziomu w zbiorniku.

Hydrostatyczne czujniki poziomu

Inna nazwa takiego urządzenia to detektor lub przetwornik ciśnienia. Mogą być stałe, zamocowane w najniższym punkcie naczynia wypełnionego cieczą, lub przenośne. Przetworniki ciśnienia w tym ostatnim przypadku wyposażone są w przewód o znacznej długości. Dzięki temu nadają się one do różnych geometrii zbiorników.

Elementem czujnikowym przetwornika hydrostatycznego jest membrana, która reaguje na ciśnienie znajdującego się nad nią słupa cieczy. Zoptymalizowany tak, że membrana nie ulega zniekształceniu pod wpływem ciśnienia atmosferycznego. Na podstawie ciśnienia w punkcie pomiarowym można określić wysokość słupa cieczy lub poziom w zbiorniku.

Wielkość odkształcenia membrany jest przetwarzana na proporcjonalną wielkość elektryczną, która jest następnie wykorzystywana do wskazywania poziomu cieczy w zbiorniku. Korekty, które uwzględniają gęstość ośrodka i przyspieszenie swobodnego spadania w punkcie pomiarowym.

Czujniki typu radarowego

Czujnik poziomu cieczy w zbiorniku wykorzystuje bezkontaktową metodę pomiaru opartą na właściwościach tego medium o dowolnej gęstości i lepkości do odzwierciedlenia sygnału elektrycznego. Częstotliwość emitowanego sygnału radarowego nad powierzchnią mierzonej cieczy zmienia się liniowo.

Odbity od powierzchni dociera do odbiornika z opóźnieniem określonym przez długość przebytej drogi. Istnieje więc różnica między częstotliwościami obu sygnałów. Przesunięcie częstotliwości jest wykorzystywane przez analizator lokalizatora do określenia drogi przebytej przez sygnał lub poziomu cieczy odbijającej w stosunku do lokalizacji radaru.

Ultradźwiękowe czujniki poziomu

Schemat pomiarowy stosowany dla przetworników tego typu radaru, odpowiada omówionemu w poprzedniej części artykułu. Metoda pomiaru lokalizacji jest stosowana w zakresie długości fal ultradźwiękowych.

Dane wynikowe określają różnicę czasową pomiędzy sygnałem emitowanym przez nadajnik a sygnałem odbieranym przez odbiornik. Wykorzystując dane o prędkości rozchodzenia się ultradźwięków w przestrzeni nad powierzchnią cieczy, urządzenie analizujące określa drogę przebytą przez sygnał lub poziom cieczy w zbiorniku.

Krótki przegląd producentów

Czujniki poziomu cieczy w zbiorniku "OVEN" Pozwalają one na wykonanie niezbędnych pomiarów na wysokim poziomie. Ich produkty są reklamowane na wielu zagranicznych stronach internetowych.

Na uwagę zasługują produkty krajowego konstruktora i producenta L-CARD, wpisanego do Państwowego Rejestru Przyrządów Pomiarowych. Grupa Alta, działająca na rynku rosyjskim od ponad 10 lat, zebrała zasłużone pozytywne recenzje.

Wniosek

Czujniki poziomu cieczy w zbiorniku powinny być dobierane w oparciu o warunki użytkowania, właściwości cieczy, wymaganą dokładność pomiaru. Najdokładniejsze odczyty można uzyskać stosując czujniki typu radarowego, mierniki magnetostrykcyjne.

Pamiętaj, że absolutna dokładność wymaga wyższych kosztów materiałowych. Sondy pływakowe i sygnalizatory są najprostsze, ale ich zastosowanie jest ograniczone przez drgania spowodowane spienieniem cieczy, jej lepkością, agresywnością medium.

Najlepszym rozwiązaniem pod względem stosunku ceny do jakości jest zastosowanie czujników hydrostatycznych lub pojemnościowych, pod warunkiem przestrzegania ograniczeń wynikających z właściwości mierzonej cieczy.