Приборы для измерения уровня воды

Иногда может потребоваться измерить уровень жидкости с постоянной плотностью. Для проведения измерения специалисты применяют гидростатические и буйковые уровнемеры и преобразователи уровня. Мы постарались рассказать про приборы и преобразователи для измерения уровня жидкости.

Принцип действия гидростатических уровнемеров достаточно прост. Он основывается на измерении давления внутри жидкости, определяемой массой столба жидкости. Если емкость будет открыта и жидкость не агрессивна, тогда в этом случае специалисты также могут использовать манометры. У нас также есть статья, про правильное заземление в частном доме.

Гидростатический уровнемер

Установка гидростатических уровнемеров должна будет проводиться вблизи днища резервуара.

Давление, которое будет показывать прибор при постоянной плотности жидкости будет пропорционально уровню жидкости. Чтобы измерить уровень агрессивной жидкости контакт чувствительно элемента допускать запрещается. Жидкость можно оделить с помощью газа, который будет подаваться в соединительную линию.

Благодаря этому чувствительный элемент манометра больше не будет контактировать с агрессивной жидкостью. Если изучить гидростатический преобразователь уровня, тогда можно сказать, что он будет состоять из следующих элементов:

1. Специальной трубки, через которую будет проходить сжатый воздух.
2. Вентиля.
3. Стакана.

Если плотность жидкости будет постоянной, тогда показания манометра будут пропорциональны уровню жидкости.

Дифманометрический уровень

Чтобы измерить уровень жидкости в емкости, которая находится под давлением необходимо использовать дифманометр. Перепад давления будет равен гидростатическому давлению. Для проведения измерений отборы диманометра необходимо будет установить сверху и внизу емкости. В уравнительный сосуд необходимо залить жидкость, которая в дальнейшем будет измеряться. После этого сосуд можно будет соединить с отбором.

В этом случае, когда над поверхностью будет образовываться газ или пара, тогда уравнительный сосуд необходимо будет установить на уровне отбора. При конденсации паров уровень в сосуде будет оставаться постоянным, а излишки конденсата будут сливаться в специальную емкость через соединительную трубку. Если сосуд будет располагаться сверху, тогда нулевому перепаду давления будет соответствовать максимальное значение измеряемого уровня и шкала дифманометра будут обратной.

Для измерения уровня агрессивной жидкости в обе трубки под одинаковым давлением и с одинаковым расходом будет продуваться сжатый воздух. Если вам интересно, тогда можете прочесть, как работает тензодатчик.

Буйковый измерительный преобразователь

Буйковые измерительные преобразователи могут применять для точного измерения уровня жидкости, которая находится под давлением в 40 Мпа. Этот вид измерительного устройства может быть:

Согласно закону Архимеда, при погружении при погружении буйка в воду на него будет действовать выталкивающая сила, которая будет равняться весу жидкости. Диапазон измерения преобразователя будет определяться длиной поплавка и высотой установки камеры на емкости.

В бескамерных преобразователях уровня поплавок необходимо поместить в сосуд. Если плотность жидкости в известный момент будет изменяться, тогда показания приборов необходимо будет корректировать.

Измерять уровень или плотность жидкости, которая имеет случайных характер подобными приборами нельзя.

Чтобы измерить уровень жидкости, который имеет переменную плотность необходимо использовать емкостные преобразователи уровня. Основной принцип действия подобных устройств будет основан на изменении емкости электродной системы. В сосуд, в котором будет измеряться уровень необходимо будет погрузить изолированный электрод.

При измерении уровня также будет изменяться емкость конденсатора. Это связано с тем, что будет изменяться диэлектрическая проницаемость среды между обкладками. Теперь вы точно знаете, какие приборы и преобразователи могут использоваться для измерения уровня жидкости. Надеемся, что эти информация была полезной и интересной.

Приборы для измерения уровня жидкостей и твердых веществ могут работать на механическом, гидростатическом, электрическом, магнитном или оптическом принципе или использовать уровнемеры с эхолокацией и радиолокацией. Контроллеры и датчики уровня — универсальные прецизионные устройства, предназначенные для широкого круга приложений, где требуется сверхточное измерение потока жидкости. Они могут применяться для решения следующих задач:

• поддержание уровня жидкости в заданных пределах;
• управление насосами, заполняющими накопительные или напорные резервуары, химические реакторы и т. п.;
• управление насосами, подающими воду из скважин и откачивающими ее из различных емкостей;
• защита от сухого хода насосов, ТЭНов и аварийное отключение приборов, работа которых недопустима без воды (отопительных электрокотлов, водонагревателей и пр.);
• предотвращение переливов и загрязнения окружающей среды;
• контроль уровня жидкости в транспортных средствах, например контроль объема топлива в тяжелой технике (грузовиках, экскаваторах, тепловозах).

Контроллеры уровня предназначены для регулирования уровня жидких и сыпучих сред в различного рода емкостях, скважинах, коллекторах и т. п. Преимущества этих устройств:

• возможность подключения датчиков уровня различных типов;
• более мощные (по сравнению с поплавковыми датчиками) исполнительные реле;
• возможность задания чувствительности измерительных входов;
• четыре типовых алгоритма работы и возможность ручного управления исполнительными механизмами;
• возможность использования в качестве датчиков уровня:
• кондуктометрических зондов;
• датчиков типа «сухой контакт» (например, поплавковых);
• бесконтактных датчиков n-p-n- или p-n-p-типа.

Датчики уровня предназначены, как следует из названия, для измерения уровня воды или других жидкостей. В зависимости от типа приложения, где используется датчик, применяется контактный или бесконтактный метод измерений. При контактном измерении (датчики поплавкового типа) прибор располагается непосредственно на стенке резервуара и переключает контакты при достижении водой уровня его размещения. Бесконтактный принцип измерений позволяет работать с жидкостью с различным уровнем вязкости или токсичности.

Контроллеры уровня серии «Ординар»

Контроллеры уровня АРК «Энергосервис» могут также применяться для автоматического наполнения или осушения резервуара, бака, приямка и т. д. Рассмотрим функциональные возможности и характеристики приборов серии «Ординар» (табл. 1). На рис. 1 показана система контроля уровня жидкости для контроллера «Ординар-Щ». Дадим пояснения к рисунку:

1. Первый алгоритм — работа на заполнение и осушение. В этом случае реализовано три независимых канала контроля уровня среды. Один канал использует один датчик уровня и может управлять одним реле.
2. Второй алгоритм позволяет управлять заполнением бака из скважины, а также заполнением бака из «бесконечного резервуара» или осушением скважины. Для работы алгоритма необходимо подключение двух датчиков в баке (верхний и нижний уровень) и двух датчиков в скважине (верхний и нижний уровень).
3. Третий алгоритм предназначен для контроля уровня среды с защитой от перелива в одном баке с использованием трех датчиков уровня (нижнего, верхнего и аварийного).
4. Четвертый алгоритм предназначен для контроля уровня в емкости по четырем датчикам: перелив, верхний, нижний и сухой ход.

Рис. 1. Система контроля уровня жидкости в резервуаре

Таблица. Основные характеристики контроллеров уровня серии «Ординар»

Модель	«Ординар-Щ»	«Ординар-Д5»	«Ординар-Д4»	«Ординар-М»
Максимальное кол-во контролируемых уровней	4	2+2	2	2
Входные сигналы	Кондуктометрические датчики, «сухой контакт», активные датчики типа NPN и PNP (опция)	Кондуктометрические или поплавковые датчики	Кондуктометрические датчики, «сухой контакт»	Кондуктометрические датчики, «сухой контакт»
Выходные сигналы	Реле

8 А, 220 В/ =10 А, 28 В; драйвер оптосимистора

50 мА, 220 В; оптотранзистор с открытым коллектором =200 мА, 50 В

Реле

17 А, 250 В

Реле

5 А, 250 В

Реле

5 А, 250 В

Особенности 4 алгоритма работы; RS-485 (опция); встроенный источник питания 5 алгоритмов работы; управление системой «бак–скважина» Регулятор чувствительности Степень защиты IP40 Монтаж В щит На DIN-рейку На DIN-рейку На DIN-рейку или в щит Габаритные размеры, мм 96×96×105 102×50×73 85×55×66 58×37×27

Датчики уровня

Поплавковые датчики уровня — одни из самых недорогих и вместе с тем надежных устройств для контроля уровня жидкостей. Они могут использоваться для контроля уровня самых разных сред, например сточных вод, химически агрессивных жидкостей или пищевых продуктов.

Конструкция проборов очень проста: датчик имеет поплавок, внутри которого установлен магнит. При изменении уровня среды поплавок перемещается, магнит приближается к геркону, что приводит к замыканию контакта.

Преимущества поплавковых датчиков:

• различные варианты конструктивных исполнений и способов монтажа;
• отсутствие необходимости собственного питания;
• нечувствительность к пене;
• работа с агрессивными, пузырьковыми и вязкими жидкостями;
• простота в установке;
• низкая цена.

Поплавковые датчики могут подключаться к контроллеру уровня — например, к «Ординару», а он, в свою очередь, к исполнительному механизму — например, к подающему или пополняющему насосу. Некоторые из большого числа поплавковых датчиков уровня представлены на рис. 2.

Рис. 2. Примеры поплавковых датчиков уровня компании «Автоматика»:
а) ПДУ-Б2;
б) ПДУ-П501;
в) ПДУ-П511;
г) ПДУ-Н214-400;
д) ПДУ-В142-221;
е) ПДУ-Н212;
ж) ПДУ-Н101;
з) ПДУ-Н201-80;
и) ПДУ-Н601-53;
к) ПДУ-Н502;
л) ПДУ-Н621-40;
м) ПДУ-Ф501-45;
н) ПДУ-Н231-97;
о) ПДУ-Ф161-1246;
п) ПДУ-Ф251-226

Кондуктометрические датчики уровня (рис. 3) предназначены для измерения и сигнализации уровней электропроводных жидкостей (вода, молоко, пищевые продукты — слабо­кислотные, щелочные и пр.). Принцип действия приборов основан на изменении электропроводности между общим и сигнальным электродами в зависимости от уровня сигнализируемой жидкости.

Рис. 3. Кондуктометрические датчики уровня компании «Автоматика»:
а) ДСП-А-01;
б) комплект из трех датчиков ДСП-А-03

Рис. 4. Пример оптического датчика уровня компании «Автоматика»

Оптический датчик уровня (рис. 4) является универсальным прибором и применяется в различных областях для работы практически со всеми типами жидкостей, в том числе и агрессивными. Однако не рекомендуется применять датчик с кристаллизующимися и дающими твердый осадок жидкостями, а также в средах с высоким содержанием конденсата. Характеристики и особенности устройства:

• тип NPN;
• погрешность ±1 мм;
• питание 5–12 В DC;
• максимальная нагрузка 40 мА, 30 В DC;
• рабочая температура –40…+110 °С;
• материал полисульфон;
• защита IP66;
• миниатюрные размеры;
• долгий срок службы благодаря отсутствию подвижных частей и встроенной оптопаре;
• светодиодный индикатор состояния реле;
• простота в установке.

В данной статье были кратко представлены лишь некоторые из ассортимента устройств АРК «Энергосервис» для измерения уровня жидкостей в резервуарах. В целом, предприятие производит очень широкий круг контрольно-измерительных приборов, которые смогут удовлетворить практически любые потребности заказчиков.

Жидкость – вещество, обладающее свойством течь и принимать форму сосуда, в котором оно находится.

Датчики уровня жидкостей необходимы для контроля уровня жидкостей в ёмкостях или трубопроводах. По функционалу датчики уровня делятся на уровнемеры и сигнализаторы.

Интерактивный подбор датчика уровня жидкости

Уровнемеры – это датчики, предназначенные для непрерывного измерения уровня жидкостей. Их работа базируется на определённых физических принципах, благодаря которым электронный блок уровнемера преобразует значение уровня жидкости в пропорциональный аналоговый сигнал или в цифровой код.

Сигнализаторы – это датчики, предназначенные для определения заданного положения уровня (заполнение/опустошение) жидкости в ёмкости или трубе. Такие датчики имеют дискретный (релейный или транзисторный) выходной сигнал. Как правило, срабатывание сигнализатора происходит при блокировании или освобождении чувствительного элемента жидкостью.

В зависимости от поставленных задач подбирается необходимый тип оборудования, уровнемеры или сигнализаторы. Однако зачастую используются оба типа устройств, например, для гарантированного предотвращения «сухого хода насоса», перелива жидкости через край ёмкости или для точного дозирования жидкостей, используемых в технологическом процессе.

Выбор подходящих датчиков зависит как от параметров технологического процесса (рабочая температура, давление и пр.), так и от физико-химических свойств самой жидкости (вязкость, электропроводность, агрессивность и пр.).

Скачать опросный лист в PDF

Датчики уровня жидкостей делятся на два типа: контактные (весь датчик или его часть контактирует с измеряемой средой) и бесконтактные (измерение происходит без контакта с жидкой средой). Каждый из этих типов имеет достоинства и недостатки и находит своё применение в той или иной области.

Контактный тип датчиков как правило применяется в процессах, которые имеют факторы, затрудняющие работу оборудования.

К таким факторам можно отнести:

• температуры свыше +90°С;
• давление свыше 3 бар.

В том числе преимущественно контактные датчики используют для измерения уровня пенящихся жидкостей (молоко, пиво, соки, газ. вода и др.). Ввиду рассеяния сигнала и получения некорректных результатов при измерение бесконтактным методом, уровень жидкости в высоких узких резервуарах также рекомендовано контролировать при помощи контактных приборов.

Бесконтактные датчики уровня жидкостей применяются там, где необходимо избежать пагубного влияния физико-химических свойств измеряемой жидкости. На процесс измерения и работоспособность датчика могут влиять:

• вязкие жидкости (сгущёнка, варенье, нефтепродукты, глицерин и др.);
• агрессивные жидкости (щёлочи, кислоты).

Хотя именно бесконтактный тип датчиков рекомендован при контроле уровня агрессивных сред и тем не менее, контактные датчики, изготовленные из нержавеющих сталей и пластиков, также применяются совместно с агрессивными жидкостями.

Все датчики уровня жидкостей различаются не только по функционалу (уровнемеры/сигнализаторы), типу (контактные/бесконтактные), но и самое главное – по принципу действия.

Уровнемеры	Сигнализаторы
Контактные	Емкостные	Емкостные/Емкостно-частотные (RF)
	Гидростатические	Гидростатические
	Байпасные	Оптические
	Магнитострикционные	Вибрационные
	Магнитные	Поплавковые магнитные
	Микроволновые рефлексные	Поплавковые кабельные
	Буйковые	Кондуктивные
Бесконтактные	Ультразвуковые	Ультразвуковые
	Микроволновые радарные
	Радиоизотопные

Подробное описание каждого принципа действия, их преимущества и недостатки вы сможете найти на страницах нашего сайта, в этой статье остановимся на ключевых отличиях и применениях того или иного датчика уровня жидкостей.

Емкостные датчики уровня – это экономичное решение для контроля уровня там, где не возникает вспенивания и налипания среды на датчик, а также там, где не требуется высокая точность измерения уровня. Как правило применяется для измерения уровня жидкости в небольших резервуарах. Для пищевых продуктов и агрессивных сред рекомендованы модели с пластиковым покрытием измерительного зонда. Существенным недостатком является высокая погрешность при измерении жидкостей с низкой диэлектрической проницаемостью (ε=1,5…3,0), а также неспособность работать с диэлектрическими жидкостями.

Однако производителям удалось решить проблему обнаружения жидкостей с низкой диэлектрической проницаемостью и проблему определения границы раздела сред с близкими значениями диэлектрической константы. Емкостно-частотный сигнализатор в отличие от емкостного, благодаря RF-технологии и тонкой настройке способен детектировать слабопроводящие жидкости и одновременно не реагировать на пену.

Гидростатические уровнемеры и сигнализаторы имеют более высокую точность измерения по сравнению с емкостными и такую же невысокую стоимость. Поэтому являются оптимальным выбором по соотношению цена/качество. Вычисление значения уровня происходит благодаря измерению давления столба жидкости, поэтому гидростатические датчики применяются в открытых резервуарах или в закрытых, но в которых давление воздушной среды соответствует атмосферному, в противном случае уровнемер выдаст некорректные результаты. В том числе на определение уровня влияет плотность жидкости, для применения гидростатических уровнемеров необходимо быть уверенным, что её значение остаётся постоянным на протяжение всего времени измерения. Поэтому не рекомендуется использовать гидростатический метод определения уровня для жидкостей с переменной плотностью (радиохимическое производство, нефтепродукты при изменении температуры). Применяются для контроля уровня чистых и сточных вод, жидких пищевых продуктов или химических веществ, не реагируют на пену. Являются фактически безальтернативным решением для измерения уровня жидкости в скважинах.

Работа байпасных уровнемеров основана на принципе сообщающихся сосудов, что делает процесс измерения весьма наглядным и понятным. Такие уровнемеры применяются в небольших резервуарах, находящихся под давлением с температурой рабочей среды до +250 °С. Могут использоваться совместно с магнитострикционными уровнемерами, что позволит их интегрировать в АСУ. Байпасные уровнемеры не следует применять с вязкими жидкостями или жидкостями вязкость которых повышается при снижении температуры, так как температура жидкости в байпасной камере из-за тепловых перемычек в соединительной арматуре ниже чем в сообщающимся с ним сосуде.

Магнитострикционные и магнитные уровнемеры относятся к типу поплавковых, это значит, что поплавок «лежит» на поверхности жидкости и измерение уровня происходит относительно положения этого поплавка. Такие уровнемеры отличаются большей точностью, особенно магнитострикционные. Их целесообразно применять при коммерческом учёте светлых нефтепродуктов, химических веществ и других дорогостоящих жидкостей. Поплавковые уровнемеры подходят для измерения уровня пенящихся жидкостей, однако не применим с вязкими жидкостями.

Микроволновые рефлексные уровнемеры конструктивно состоят из электронного блока и волновода. Длина волновода должна соответствовать высоте резервуара, что ограничивает применение датчиков в высоких резервуарах. С такой бедой сталкиваются все датчики с аналогичной конструкцией (емкостные, магнитные, магнитострикционные). Однако принцип действия и конструкция рефлексного датчика делает его высокоточным и пригодным для использования в тяжёлых условиях (высокая температура и давление), а также с пенящимися и налипающими жидкостями. Этот вид уровнемеров можно назвать наиболее универсальным, подходящими для применения фактически с любыми жидкостями, не зависимо от давления воздушной среды над поверхностью жидкости или диэлектрической проницаемости среды.

Буйковые уровнемеры – это датчики для тяжёлых условий, в которых ко всему прочему требуется высокая точность измерений. Принцип работы буйковых уровнемеров схож с работой поплавковых датчиков и основан на использовании закона Архимеда. Некоторые модели способны обеспечивать непревзойдённые результаты измерения при температурах от -196 °С до + 500 °С и давление рабочей среды до 414 атмосфер. От сюда складывается высокая стоимость. Как правило используются на нефтехранилищах и в химической промышленности.

Микроволновый радарный уровнемер – это универсальное устройство непрерывного измерения уровня жидкостей. Обладает всеми преимуществами бесконтактного метода измерения и отличается крайне высокой точностью. Применим со всеми жидкими средами, исключением в некоторых случаях может стать пена. Помехой для импульс-радарного уровнемера может стать газовая подушка над поверхностью жидкости, в таком случае следует применять FMCW-радарные уровнемеры. Наилучшее применение таких датчиков – это резервуары с медленным изменением уровня жидкости, где важна высокая точность измерения. Недостатком может стать их высокая стоимость.

Ультразвуковые датчики уровня ещё один бесконтактный тип датчиков. По большому счёту, именно ультразвуковые датчики наиболее часто применяются для бесконтактного контроля уровня жидкостей. Ведь далеко не всегда важна очень высокая точность измерения как у радарных датчиков, а стоимость таких устройств в несколько раз ниже. Ограничение на применение накладывают пенящиеся жидкости и ёмкости в которых образуется газовая подушка (емкости с азотной кислотой), собственно, как и в случае с импульс-радарными уровнемерами.

Оптические сигнализаторы уровня жидкостей – это миниатюрные датчики, предназначенные для контроля уровня в небольших ёмкостях и резервуарах, находящихся под вибрацией.

Вибрационные сигнализаторы или как их ещё называют «вибровилки» врезаются в ёмкость на требуемых уровнях. Чувствительный элемент постоянно вибрирует, что позволяет использовать датчик с вязкими и пенящимися жидкостями, не боясь ложных срабатываний. Такие датчики имеют среднюю точность и стоимость, относительно других сигнализаторов.

Поплавковые сигнализаторы наиболее простые и экономичные устройства контроля уровня жидкости и сточных вод, а также слабоагрессивных жидких сред. Поплавковые сигнализаторы делятся на два типа – это поплавковые кабельные и поплавковые магнитные сигнализаторы. Отличие заключается в том, что кабельные имеют определённую длину кабеля и погружаются в жидкость через верх резервуара, а магнитные врезаются в боковую стенку ёмкости на требуемом уровне. Для агрессивных сред поплавок и кабель изготавливаются из различных пластиков. Как правило их применяют для включения/отключения насосов. Отличаются низкой ценой и невысокой точностью.

Разновидности датчиков уровня жидкостей

Магнито- стрикционный уровнемер		Гидроста- тический уровнемер		Поплавковый магнитный уровнемер		Магнитный поплавковый сигнализатор
Байпасный индикатор уровня	Кабельный поплавковый выключатель		Ультра- звуковой уровнемер		Емкостной уровнемер		Радарный уровнемер		Микровол. рефлекс. уровнемер
											Вибрационый сигнализатор уровня
											Емкостной сигнализатор уровня
											Поплавковый магнитный сигнализатор
											Лопастной датчик потока
Мини поплавковый сигнализатор уровня		Темпера- турный датчик потока

Информация по датчикам уровня жидкости, изложенная в данной статье, не является полной, а носит лишь ознакомительный характер. Рекомендуем прочитать дополнительные статьи на нашем сайте, а также подписаться на информационную рассылку от компании «РусАвтоматизация». Самое интересное ещё впереди!

Чтобы грамотно подборать датчик уровня жидкости и купить конкретно под вашу задачу, обратитесь к инженерам компании «РусАвтоматизация». Они сэкономят ваше время и помогут избежать ошибок.

“>