У промисловості і побуті завжди виникає необхідність для визначення різних рівнів в ємностях. Для цих задач використовуються датчики рівня різних конструкцій. Залежно від середовища наповнення резервуара застосовують той чи інший датчик, іноді, в цілях простоти й економії коштів і часу, застосовують датчики комбіновані, тобто виготовлені своїми руками. Це прості конструкції, що використовують у своєму складі датчики зовсім інших типів. В основному такі датчики застосовують там, де немає простого доступу до середовища вимірювання або місце вимірювання дуже агресивно для здоров’я людини.
Види датчиків рівня
- поплавкові датчики найбільш прості по конструкції, мають широке поширення, комбінують з електричним реле , являють собою різного виду поплавок, прикріплений через дріт, нитка, або жорстко до пелюстці контакту, який замикається при зміні положення поплавця.
- ємнісні датчики рівня являють собою пластини розташовані з двох сторін резервуара з матеріалом. Принцип роботи лежить у зміні ємності в залежності від розподілу кількості або складу матеріалу в резервуарі. В основному такі датчики використовують для визначення рівня сипучих матеріалів.
- радарні датчики рівня працюють за принципом «випромінювач — приймач частотних хвиль», поверхню матеріалу відбиває випромінювання датчика, приймач вловлює дане випромінювання і порівнює випромінюваний сигнал з відбитим і частотного зсуву визначає рівень у резервуарі. Визначення рівня відбувається порівняно частотного тимчасового зсуву.
- ультразвукові датчики рівня працюють за принципом радарних, тільки випромінювання відбувається ультразвуку. Аналогічно з радарними, порівнюється різниця сигналу, випромінюваного з відбитим і обчислюється відстань до поверхні матеріалу (рідини).
- гідростатичні датчики рівня працюють допомогою вимірювання непрямої величини — тиску стовпа рідини. Тиск пропорційно рівню рідини в резервуарі.
Більшість сучасних датчиків рівня мають в своїй конструкції електронне реле з перетворювачем. Електронна схема призначена для перетворення вимірюваної величини в стандартний сигнал. Сигнал може бути аналоговим і дискретним. Аналоговий може бути струмовим 0..20мА і сигнал, званий струмова петля 4..20мА або напругою 0…5В, 0..10В.
Датчики рівня використовуються для захисту двигуна насоса від сухого ходу, регулюють двигуни насосів свердловин, наповнюють будь-які ємності з водою і не тільки, в системі холодного і гарячого водопостачання.
Датчик рівня води своїми руками
Подивимося, на прикладі відкачування води з кабіни, як можна зробити керування в автоматичному циклі підтримки рівня води не вище покладеного.
Маємо приямок з дуже чистого виду рідиною, що складається з води і домішок охолоджуючої рідини для різців металорізального верстата.
Були розглянуті всі види датчиків, однак, по ціні і простоті виконання підійшла комбінована конструкція, що складається з дроту довжиною три метри (глибина приямка), прикріплена до поплавка (велика пластмасова ємність з повітрям), на поверхні дріт кріпиться до пружинки з пелюсткою.
В якості сигналу береться звичайний дискретний сигнал 24В з звичайного індуктивного датчика. Він відпрацьовує на пелюстку. Коли рівень води в приямку зростає, поплавок піднімається послаблюючи пружину. На кінці пружини прикріплений пелюстка, він піднімається за рахунок разгибающей сили пружини. На пелюстку, в свою чергу, відпрацьовує індуктивний сенсор, подаючи на котушку реле двигуна насоса, змушуючи його відкачувати воду з приямка. Для того, щоб уникнути частих включень відключень двигуна, в колі датчик-котушка, варто реле затримки виключення з уставкою на 10 хвилин.
Таким чином, при наступному спрацьовуванні датчика, реле знову спрацює і цикл повториться.
Звичайно, для захисту двигуна від сухого ходу доцільно поставити датчик протікання в патрубок, через який відбувається відкачування емульсії. Але в нашому випадку важлива була простота конструкції. Замість індуктивного сенсора можна використовувати дві пластини, що стикаються один з одним, що буде ще економічнішим.
Якщо вода або інша рідина має однорідний склад, тоді можна застосувати кінця хто метричний одноелектродні датчик рівня.
Наприклад ДУ-1Н виробника «Рэлсиб», призначеного для вимірювання рівня в різних типах рідини. Датчик може працювати в широких температурних межах. Корпус не піддається корозії, складається з високоякісної нержавіючої сталі. В якості ізоляції використовується кераміка і фторопласт, це забезпечує відмінну ізоляційну захист. Стійкий до багатьох механічних навантажень. Вимірювання не залежать від щільності рідини. І не вимагає додаткового догляду під час роботи.
Вибір датчиків рівня
При виборі рівнемірів керуються наступними цілями:
- Вид вимірюваної рідини. Її характеристики, знаходимо паспортну щільність вимірюваного матеріалу. До яких речовин відноситься речовина, що небезпечно для людини чи ні.
- Матеріал ємності, в якій проводиться вимірювання. Від нього залежить принцип дії рівнеміра.
- Чи потрібен вам з датчика стандартний аналоговий сигнал або переважно робота в якості реле. Деякі моделі мають вбудовані схеми для обробки аналогового сигналу і перетворення його в сигнал бітової логіки.
- Необхідно знати межі вимірюваної величини, у дуже довгих судинах, з швидко змінним об’ємом, поплавковий конструктив працювати буде не стабільно. В такому випадку краще радарний рівнемір.
- Сучасні уровнеметры обладнують рідкокристалічним екраном з відображенням параметрів в реальному часі і можливістю збереження максимальних і мінімальних значень. Параметри датчика задається кілька рівнів спрацьовування, на кожен рівень свій дискретний вихід. Задається щільність середовища в налаштуваннях.
- Враховують санітарні норми для області застосування. Наприклад, у харчовій промисловості для вимірювання води, напоїв пред’являються високі вимоги. Обов’язково з нержавіючої сталі.
- Необхідність сертифікатів. Наприклад, деякі вимірювачі ростехнадзор повинен перевірити та затвердити для використання на небезпечних об’єктах. Деяким потрібен дозвіл санітарно-епідеміологічної служби в основному для води і харчових продуктів.
- Придатність датчиків до застосування у вибухонебезпечному середовищі. Застосовуються такі на нафтохімічних виробництвах. Виробник гарантує, що за таких систем під час всього терміну служби не станеться займання горючого середовища, в якій вона знаходиться.
- Потрібно враховувати можливість механічних впливів на систему, вібрації, електромагнітних хвиль, агресивних середовищ.
- Наявність температурних перепадів системи, максимально можливі стани.
- Наскільки важлива точність вимірювань рівня, один з найважливіших параметрів.
Приклади датчиків, їх параметри та область застосування
- Ємнісний Датчик ДЕ-1. Область застосування: у вибухонебезпечних середовищах металургійної, хімічної промисловості, та ін. Відстеження величини рівня, а також значень температури рідких середовищ і сипучих матеріалів. Харчування здійснюється 8 .. 30В постійного струму. застосовуються в системах аварійного захисту.
- ЕСУ-1К сигналізатор рівня. Корпус зроблений з фторопласту і сталі. Розміщують у вибухонебезпечних середовищах. Джерело живлення знаходиться поза небезпечною середовища. харчування 127…220 В. Вимірювання рідких матеріалів таких як вода, спирт, нафта. Чутливий елемент міститься в вимірюваний матеріал, принцип дії ємнісної. Матеріал блока живлення з алюмінієвого сплаву.
- РУ-305 реле рівня. Відстеження стану рівня рідких речовин. Вибухобезпечне виконання. Температура використання -50..+50С. Не використовуються в хімічно агресивних середовищах. Строго працюють в одному положенні, нахил неприпустимий. Працює вимір шляхом переміщається поплавця з магнітом. Відпрацьовує шляхом спрацьовування герконов. Точність вимірювань до 5мм. живлення 220В, струм 1А.
- Сигналізатор рівня СУ-100. Вимірювання рівня рідких та твердих речовин. Напруга живлення 24В. У складі є електромагнітне реле, чутливий елемент розташовується безпосередньо в досліджувану рідину. Вимірюють граничне положення твердих речовин: пісок, гравій, зерна.
- Rosemount 5600 радарний рівнемір. Безконтактне вимірювання будь-якого виду речовин. Важлива правильність установки, від цього залежить точність вимірювань. Живлення 24-240В. Прилад не терпить електромагнітних випромінювань. Вибухонебезпечний корпус. Має блок дисплея. Для рівнеміра розроблено власну програму, що спрощує настройку . Застосовується для вимірювання температури в ємності. Для правильного повноцінного використання можливостей рівнеміра потрібна кваліфікована настроювання приладу. Необхідно використовувати параметри при налаштуванні:
- відстань між опорною точкою і рівнем;
- внутрішній діаметр труби;
- довжина приєднання рівнеміра.
Існує величезна кількість різновидів датчиків у продажу . Вибір слід зупинити на найбільш економічно найвигідніший варіант для конкретного проекту.