Snímač hladiny kapaliny v nádrži: typy, přehled výrobců, aplikace, funkce instalace

Senzory hladiny kapaliny v nádrži umožňují jak provádět aktuální měření množství naplněné kapaliny, tak hlásit dosažení jejích mezních hodnot. Taková zařízení se skládají z citlivého senzoru reagujícího na určité fyzikální parametry a obvodu měření, kontroly a indikace. V závislosti na oblasti použití se používají zařízení, která se liší principem jejich činnosti.

Informace uvedené v článku vám pomohou dozvědět se o princip práce senzory různých typů a oblastí jejich použití. Bude byl proveden stručný přehled jejich výhody a nevýhody, jsou uvedeny hlavní etablovaní výrobci na trhu.

Klasifikace zařízení

Senzory hladiny kapaliny v nádrži mohou být hladinoměry nebo alarmy. První z nich jsou určeny k neustálému měření hladiny kapaliny v aktuálním časovém bodě. Používají senzory pracující na různých fyzikálních principech. Analogové nebo digitální elektronické obvody, které jsou součástí hladinoměrů, produkují další zpracování signálů přicházejících z nich. Výsledné metriky jsou zobrazeny na indikačních prvcích.

Signalizátory varují před dosažením určité, předem stanovené hodnoty hladiny kapaliny v nádobě nastavenými prvky. Jejich dalším názvem jsou senzory hladiny vody v nádrži, které deaktivují její další dodávku. Jejich výstup je diskrétní. Varování může být vydáno ve formě světelného nebo zvukového alarmu. V tomto případě dochází k automatickému zablokování provozu čerpacích nebo vypouštěcích systémů kapaliny.

Metody měření úrovně

V závislosti na vlastnostech kapaliny, jejíž hladina v nádrži je třeba určit, se používají následující metody měření:

• kontaktní, při kterém provádí se přímá interakce snímače hladiny kapaliny v nádrži nebo její části s měřeným médiem;
• bezkontaktní, aby se zabránilo přímé interakci senzoru s kapalinou (vzhledem k jeho agresivním vlastnostem nebo vysoké viskozitě).

Kontaktní zařízení jsou umístěna v nádobě přímo na povrchu měřené kapaliny( plováky), v její hloubce( hydrostatické tlakoměry) nebo na stěně nádrže v určité výšce (deskové kondenzátory). U bezkontaktních měřičů (radarových, ultrazvukových) je nutné zajistit přímou viditelnost povrchu měřené kapaliny a žádný přímý kontakt s ní.

Princip činnosti

Jak hladinoměry, tak signalizátory používají k plnění svých funkcí různé principy činnosti. Zařízení následujících typů byla nejrozšířenější:

• plovákové senzory hladiny kapaliny v nádrži;
• kapacitní;
• hydrostatické senzory hladiny kapaliny;
• radarová zařízení;
• ultrazvukové čidlo.

Plováky mohou být zase mechanické, diskrétní a magnetostrikční. První tři skupiny senzorů zahrnují zařízení používající kontaktní metodu měření, další dvě se týkají bezkontaktních zařízení.

Mechanické plovákové senzory

Lehký plovák, který je trvale umístěn na povrchu kapaliny v nádrži, je mechanickým pákovým systémem spojen se středním vývodem potenciometru, což je rameno můstku odporu. S minimálním množstvím kapaliny v nádobě je most považován za vyvážený. Napětí v jeho měřicí úhlopříčce chybí.

Když je nádrž naplněna, plovák sleduje polohu hladiny kapaliny pohybem pohyblivého kontaktu potenciometru přes pákový systém. Změna odporu potenciometru vede k narušení vyváženého stavu mostu. Výsledné napětí v jeho měřicí úhlopříčce používá elektronický obvod indikačního systému. Jeho analogové nebo digitální hodnoty odpovídají množství kapaliny v nádrži v aktuálním časovém bodě.

Diskrétní plovákové senzory

Diskrétní signál ve formě uzavření nebo otevření kontaktů jazýčkového spínače se používá elektronickým indikačním a signalizačním obvodem k upozornění na dosažení hladiny kapaliny v kapacitě určité hodnoty. Kovové kontakty vyrobené z materiálu s nízkým přechodovým odporem při jejich uzavření jsou umístěny v duté izolované skleněné baňce.

Senzor hladiny vody v nádrži s diskrétním výstupem má ve svém složení vodítko ve formě duté trubice, do které nevstupuje kapalina z nádrže. Uvnitř vodítka jsou upevněny kontakty jednoho nebo více jazýčkových relé. Jejich umístění závisí na tom, v jakém případě je nutné získat alarm pro dosažení hladiny kapaliny dané hodnoty.

Plovák senzoru s malým permanentním magnetem, který je v něm zabudován, se pohybuje podél vodítka, když se mění hladina kapaliny v nádobě. Ke spuštění kontaktní skupiny dochází v okamžiku, kdy vstoupí do magnetického pole permanentního magnetu plováku. Signál přes dráty připojené ke kolíkům snímače hladiny vody v nádobě jazýčkového spínače vstupuje do signalizačního obvodu.

Magnetostrikční plovákové senzory

Senzory tohoto typu vydávají konstantní signál závislý na hladině kapaliny v nádrži. Hlavním prvkem, stejně jako v předchozím případě, je plovák s permanentním magnetem uvnitř, který zaujímá svou polohu na povrchu kapaliny a pohybuje se ve svislé rovině podél vodítka.

Vnitřní dutina vodítka izolovaná od kapaliny zabírá vlnovod. Je vyroben z magnetostrikčního materiálu. Ve spodní části prvku je zdroj proudových Pulzů, které se podél něj šíří.

Po dosažení vyzařovaného impulsu sídlo plovák s magnetem interakce dvou magnetických polí. Výsledkem takové interakce je výskyt mechanických vibrací, které se šíří zpět vlnovodem.

Piezoelektrický prvek je upevněn vedle pulzního generátoru, který zachycuje mechanické vibrace. Externí elektronický obvod analyzuje časové zpoždění mezi vyzařovanými a přijímanými impulsy a vypočítá vzdálenost k plováku, který je trvale na povrchu kapaliny. Indikační schéma neustále hlásí hladinu kapaliny v nádrži.

Kapacitní snímač

Provoz senzorů tohoto typu je založen na vlastnostech kondenzátoru změnit jeho elektrickou kapacitu, když se změní indikátor dielektrické konstanty materiálu vyplňujícího prostor mezi jeho deskami. Používají se koaxiální kondenzátory, což je dvojice koaxiálních dutých kovových válců různých průměrů.

Posledně jmenované jsou desky kondenzátoru, mezi nimiž může kapalina volně pronikat. Indikátory permitivity vzduchu a kapalného média mají různé hodnoty. Naplnění nádrže má za následek změnu hodnoty celkové dielektrické konstanty koaxiálního kondenzátoru, respektive jeho elektrické kapacity.

Frekvence oscilačního obvodu, v jehož obvodu je kondenzátor zapnutý, se mění úměrně ke změně jeho kapacity. Elektronický převodník frekvence / napětí sleduje tuto změnu a dává indikaci hodnotu úměrnou stupni naplnění nádrže.

Hydrostatické senzory

Jiný název takového zařízení je detektor nebo Převodník tlaku. Mohou být stacionární, upevněné ve spodním bodě nádoby naplněné kapalinou nebo přenosné. V druhém případě jsou tlakové měniče vybaveny kabelem značné délky. To umožňuje jejich použití pro nádrže různých geometrických velikostí.

Citlivým prvkem hydrostatického senzoru je membrána, která snímá tlak sloupce kapaliny nad sebou. Jeho nastavení se provádí tak, že atmosférický tlak nevede k deformaci membrány. Podle velikosti tlaku v místě měření lze určit výšku sloupce kapaliny nebo stupeň naplnění nádrže.

Velikost deformace membrány se převede na proporcionální elektrický exponent, který se poté použije k zobrazení hladiny kapaliny v nádrži. Platí korekce, které zohledňují hustotu měřeného média a gravitační zrychlení v místě měření.

Radarové senzory

Snímač hladiny kapaliny kapacity používá bezkontaktní metodu měření založenou na vlastnostech tohoto média jakékoli hustoty a viskozity odrážet elektrický signál. Frekvence vyzařovaného signálu radaru umístěného nad povrchem měřené hladiny kapaliny se mění lineárním zákonem.

Odražený od povrchu přichází na přijímací zařízení se zpožděním určeným délkou ujeté dráhy. Existuje tedy rozdíl mezi frekvencemi dvou signálů. Podle velikosti frekvenčního posunu snímací zařízení lokátoru určuje cestu nebo hladinu reflexní kapaliny procházející signálem vzhledem k umístění radaru.

Ultrazvukové senzory úrovně

Schéma měření používané pro senzory tohoto typu, odpovídá článku diskutovanému v předchozí části. Metoda lokálního měření se používá v ultrazvukovém rozsahu vlnových délek.

Získaná data určují Časový rozdíl mezi emitovaným vysílačem a přijímaným přijímačem signály. Pomocí údajů o rychlosti šíření ultrazvuku v prostoru nad povrchem kapaliny analyzuje analyzátor vzdálenost ujetou signálem nebo hladinu kapaliny v nádrži.

Stručný přehled výrobců

Senzory hladiny kapaliny v nádrži "SKOPEC" umožňují provádět nezbytná měření na vysoké úrovni. Reklamy na jejich produkty najdete na mnoha zahraničních stránkách.

Za zmínku stojí produkty domácího vývojáře a výrobce L-CARD, které jsou součástí státního rejstříku měřicích prostředků. Skupina Alta, která je na ruském trhu více než 10 let, má zasloužené pozitivní recenze.

Závěr

Senzory hladiny kapaliny v nádrži by měly být vybrány na základě podmínek jejich použití, vlastností kapalin, požadovaných ukazatelů přesnosti měření. Nejvěrnější hodnoty lze získat pomocí senzorů radarového typu, magnetostrikčních měřičů.

Je třeba si uvědomit, že absolutní přesnost vyžaduje vyšší materiálové náklady. Plovákové senzory a alarmy jsou nejjednodušší zařízení, ale jejich použití je omezeno vibračními podmínkami v důsledku pěnění kapaliny, její viskozity, agresivity média.

Optimálním řešením na základě poměru cena / kvalita je použití hydrostatických a kapacitních senzorů za předpokladu, že jsou splněna omezení uložená na vlastnosti měřené kapaliny.