Навигация по таблицам
- Таблица 1: Сравнительная характеристика датчиков уровня
- Таблица 2: Области применения различных типов датчиков
- Таблица 3: Технические параметры датчиков уровня
Сравнительная характеристика датчиков уровня
| Тип датчика | Принцип работы | Точность измерения | Основные преимущества |
|---|---|---|---|
| Поплавковый | Механическое перемещение поплавка с уровнем жидкости, замыкание контактов герконом | ±5-10 мм | Простота конструкции, низкая стоимость, надежность в работе с чистыми жидкостями |
| Гидростатический | Измерение давления столба жидкости, пропорционального высоте уровня | ±2-5 мм | Работа на глубине до 250 м, независимость от типа жидкости, компактность |
| Радарный | Излучение и прием радиоволн 26-80 ГГц, измерение времени отражения сигнала | ±1-3 мм | Бесконтактное измерение, работа в экстремальных условиях, высокая точность |
| Ультразвуковой | Излучение ультразвука 20-200 кГц, измерение времени прохождения звуковой волны | ±3-10 мм | Бесконтактное измерение, низкая стоимость, простота установки |
| Емкостной | Изменение емкости конденсатора при изменении диэлектрической проницаемости среды | ±5-15 мм (1,5%) | Работа при высоких температурах до +800°С, измерение жидкостей и сыпучих материалов |
| Кондуктометрический | Измерение электропроводности между электродами при контакте с жидкостью | ±10-20 мм | Простота конструкции, работа с водными растворами, низкая стоимость |
| Вибрационный | Изменение частоты колебаний вилки 150 Гц при контакте с материалом | ±20-50 мм | Надежность при работе с сыпучими материалами, отсутствие подвижных частей |
Области применения различных типов датчиков
| Тип датчика | Измеряемая среда | Отрасли промышленности | Условия эксплуатации |
|---|---|---|---|
| Поплавковый | Чистые жидкости без твердых включений, вода, масла | ЖКХ, водоснабжение, скважины, бытовые системы | Температура -20...+80°С, открытые емкости |
| Гидростатический | Однородные жидкости любой вязкости, агрессивные среды | Нефтепереработка, химическая промышленность, водоснабжение | Глубина до 250 м, давление до 75 бар |
| Радарный | Нефтепродукты, химикаты, агрессивные жидкости, сыпучие материалы | Нефтегазовая, химическая, фармацевтическая, пищевая | Температура до +200°С, давление, вакуум, пыль, пена |
| Ультразвуковой | Жидкости, сыпучие материалы в небольших емкостях | Пищевая, фармацевтическая, сельское хозяйство, ЖКХ | Температура -40 до +70°С, открытые резервуары |
| Емкостной | Жидкости, вязкие среды, сыпучие материалы, порошки | Металлургия, пищевая, фармацевтика, сельское хозяйство | Высокие температуры до +800°С, высокое давление |
| Кондуктометрический | Вода, водные растворы, проводящие жидкости | ЖКХ, пищевая промышленность, водоочистка | Металлические и неметаллические резервуары |
| Вибрационный | Сыпучие материалы: цемент, зерно, песок, мука, порошки | Строительство, сельское хозяйство, металлургия, пищевая | Бункеры, силосы, плотность материала от 8 кг/м³ |
Технические параметры датчиков уровня
| Тип датчика | Диапазон измерения | Температурный диапазон | Способ монтажа | Тип измерения |
|---|---|---|---|---|
| Поплавковый | 0,1 - 50 м | -20 - +80°С | Вертикальный, боковой монтаж | Дискретное, непрерывное |
| Гидростатический | 0,1 - 250 м | -20 - +80°С | Погружной, врезной | Непрерывное |
| Радарный | 0,3 - 80 м | -60 - +200°С | Верхний монтаж, бесконтактный | Непрерывное |
| Ультразвуковой | 0,2 - 40 м | -40 - +70°С | Верхний монтаж, бесконтактный | Непрерывное, дискретное |
| Емкостной | 0,05 - 20 м | -40 - +800°С | Погружной, бесконтактный | Непрерывное, дискретное |
| Кондуктометрический | 0,05 - 10 м | -20 - +100°С | Погружной, вертикальный | Дискретное |
| Вибрационный | Точечное измерение | -40 - +150°С | Боковой, вертикальный | Дискретное |
Содержание статьи
1. Поплавковые датчики уровня
Поплавковые датчики уровня являются одними из самых простых и надежных устройств для измерения уровня жидкости. Принцип их работы основан на использовании поплавка, который плавает на поверхности жидкости и перемещается вместе с изменением уровня. Поплавковые датчики широко применяются в системах водоснабжения, скважинах, колодцах и резервуарах различного назначения.
Принцип работы и конструкция
Основным рабочим элементом поплавкового датчика является легкий поплавок, изготовленный из коррозионностойких материалов, таких как нержавеющая сталь, пластик или пенополиуретан. Поплавок соединяется с отображающим устройством с помощью троса, рычагов или магнитной связи. Наиболее современные конструкции используют герконовые контакты, которые срабатывают при приближении магнита, встроенного в поплавок.
В герконовых датчиках поплавок с постоянным магнитом перемещается вдоль штока, внутри которого расположена матрица герконов и сопротивлений. Под воздействием магнитного поля происходит срабатывание герконов, и цепь работает по схеме трехпроводного потенциометра. При изменении уровня жидкости изменяется выходное сопротивление датчика, которое преобразуется в выходной сигнал 4-20 мА или цифровой сигнал, прямо пропорциональный уровню жидкости.
Области применения
Поплавковые датчики находят широкое применение в различных отраслях промышленности и бытовых системах. В водоснабжении они используются для контроля уровня воды в накопительных резервуарах, скважинах и колодцах. В химической и нефтеперерабатывающей промышленности поплавковые датчики применяются для работы с различными жидкостями при условии, что они не содержат твердых включений и не являются слишком вязкими.
Пример применения
В системе автоматического водоснабжения частного дома поплавковый датчик устанавливается в накопительном баке объемом 500 литров. При снижении уровня воды ниже 20% поплавок опускается, размыкая контакты, что дает сигнал насосу на включение. При заполнении бака до 90% поплавок поднимается, замыкая верхние контакты, и насос отключается.
Преимущества и ограничения
Основными преимуществами поплавковых датчиков являются простота конструкции, низкая стоимость, надежность и независимость от электрических характеристик измеряемой жидкости. Датчики не требуют сложной настройки и могут работать в диапазоне температур от -20 до +80 градусов Цельсия в зависимости от материалов изготовления.
Однако поплавковые датчики имеют и ряд ограничений. Они подходят исключительно для работы с чистыми материалами и средами, так как твердые включения, вязкие субстанции или налипающие вещества могут нарушить работу механизма. Кроме того, поплавковые датчики имеют подвижные части, которые со временем могут изнашиваться, что требует периодического технического обслуживания.
2. Гидростатические датчики уровня
Гидростатические датчики уровня представляют собой высокоточные измерительные приборы, работающие на основе измерения давления столба жидкости. Принцип их работы основан на законе Паскаля, согласно которому давление, производимое на жидкость, передается в любую точку без изменений во всех направлениях. Гидростатическое давление в жидкости прямо пропорционально глубине погружения датчика.
Принцип работы
Гидростатический датчик измеряет давление столба жидкости, которое затем пересчитывается в значение уровня с учетом известной плотности среды. Датчик представляет собой зонд длиной около 10-13 сантиметров, который погружается на требуемую глубину в резервуар или скважину. Для компенсации атмосферного давления воздуха используется воздушная трубка, которая обеспечивает точность измерений.
По способу монтажа гидростатические датчики бывают врезного и погружного типа. Врезные датчики устанавливаются в стенку или дно резервуара, а погружные опускаются непосредственно в измеряемую среду на тросе или кабеле. Современные гидростатические датчики могут работать на глубине до 250 метров и обеспечивают точность измерения в диапазоне 2-5 миллиметров.
Расчет уровня по гидростатическому давлению
Формула: H = P / (ρ × g)
где:
H - высота столба жидкости (м)
P - измеренное давление (Па)
ρ - плотность жидкости (кг/м³)
g - ускорение свободного падения (9,81 м/с²)
Пример: При давлении 19620 Па и плотности воды 1000 кг/м³:
H = 19620 / (1000 × 9,81) = 2 метра
Технические характеристики и применение
Гидростатические датчики отличаются компактными размерами, высокой надежностью и доступной стоимостью. Они могут работать при высоком давлении рабочей среды вне зависимости от типа жидкости и подходят для однородных сред в водоемах, хранилищах, скважинах и промышленных резервуарах. Рабочий диапазон температур большинства моделей составляет от -20 до +80 градусов Цельсия, хотя существуют специальные исполнения для более широкого температурного диапазона.
Для устройств погружного типа важное значение имеет материал изготовления корпуса и узлов датчика. Если измеряемая жидкость обладает агрессивными свойствами, корпус должен быть выполнен из устойчивого материала, такого как поливинилхлорид, керамика, фторопласт или нержавеющая сталь. Это обеспечивает долговечность датчика и стабильность его показаний в сложных условиях эксплуатации.
Преимущества и сферы использования
Гидростатические датчики широко применяются в нефтеперерабатывающей и химической промышленности, системах водоснабжения и водоотведения. Они незаменимы для измерения уровня в глубоких резервуарах и скважинах, где другие типы датчиков не могут обеспечить требуемую точность или надежность.
Ключевыми преимуществами гидростатических датчиков являются возможность встраивания в автономную систему благодаря низкому энергопотреблению, отсутствие необходимости в сложном техническом обслуживании, независимость показаний от физико-химических свойств жидкости и способность работать в труднодоступных местах. Эти характеристики делают гидростатические датчики оптимальным выбором для многих промышленных применений.
3. Радарные датчики уровня
Радарные датчики уровня представляют собой наиболее технологичное и точное решение для измерения уровня жидкостей и сыпучих материалов. Эти приборы используют микроволновое излучение в диапазоне частот от 26 до 80 гигагерц и работают по принципу измерения времени прохождения радиосигнала от излучателя до поверхности измеряемого продукта и обратно. Радарные уровнемеры обеспечивают бесконтактное измерение с высочайшей точностью и надежностью.
Технологии и принцип работы
В радарных системах контроля уровня применяются две основные технологии. Первая - это технология с непрерывным частотно-модулированным излучением FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave), которая наиболее оптимальна для высокоточных измерений. При этом методе микроволновый генератор датчика формирует радиосигнал, частота которого изменяется во времени по линейному закону. Излученный и отраженный сигналы смешиваются в датчике, образуя результирующий сигнал, частота которого соответствует расстоянию до измеряемого продукта.
Вторая технология - импульсное излучение сигнала, при котором датчик излучает короткие радиоимпульсы и измеряет время их возвращения. Дальнейшая обработка сигнала осуществляется микропроцессорной системой датчика и заключается в точном определении частоты полезного сигнала и пересчете ее значения в значение уровня наполнения резервуара. Точность определения расстояния достигает 1-3 миллиметров на расстоянии до 120 метров.
Области применения и преимущества
Радарные датчики уровня нашли широкое применение в нефтехимической, фармацевтической и пищевой промышленности. Они могут работать с любой технологической средой, включая агрессивную и взрывоопасную, причем давление и температура не влияют на показания. Радарные уровнемеры работоспособны в условиях вакуума, высокого давления, в резервуарах с веществами, образующими пар и пену.
Основные преимущества радарных датчиков включают бесконтактный метод измерения, что исключает износ и загрязнение чувствительного элемента, максимально высокую точность среди всех типов датчиков, долгий срок службы и нечувствительность к свойствам среды. Радарные уровнемеры подходят для коммерческого учета нефти и нефтепродуктов благодаря их высокой точности и стабильности показаний.
Пример применения в нефтяной промышленности
На резервуарном парке нефтеперерабатывающего завода установлены радарные уровнемеры с излучаемым сигналом 80 ГГц. Каждый резервуар имеет высоту 20 метров и диаметр 30 метров. Датчики обеспечивают непрерывный контроль уровня нефтепродуктов с точностью ±2 мм, что критически важно для коммерческого учета. Система работает при температуре от -40 до +60 градусов Цельсия и передает данные в диспетчерский центр по протоколу Modbus.
Технические характеристики
Современные радарные датчики имеют диапазон измерения от 0,3 до 80 метров в зависимости от модели и типа антенны. Температурный диапазон эксплуатации составляет от -60 до +200 градусов Цельсия. Угол луча зависит от технологического присоединения и корпуса прибора и составляет от 4 до 18 градусов. Датчики монтируются в верхней части емкости, что упрощает их замену, обслуживание и ввод в эксплуатацию.
Важно: При выборе радарного датчика необходимо учитывать условия применения, объем резервуара, особенности расположения внутри объема, особенности технологической среды, наличие пены, запыленности, испарения или конденсата, а также необходимость контроля минимального и максимального уровня среды.
4. Ультразвуковые датчики уровня
Ультразвуковые датчики уровня являются экономически выгодным решением для бесконтактного измерения уровня жидкостей и сыпучих материалов. Принцип работы ультразвуковых датчиков основан на излучении звуковой волны в ультразвуковом диапазоне частотой от 20 до 200 килогерц и измерении времени прохождения сигнала до поверхности измеряемого вещества и обратно. Этот метод сопоставим с работой эхолота и обеспечивает надежное измерение в различных условиях.
Устройство и принцип работы
Ультразвуковой датчик измеряет уровень за счет отражения звуковых волн от поверхности измеряемого вещества. Пьезоэлектрический преобразователь испускает звуковую волну высокой частоты, которая распространяется по направлению к жидкости или сыпучему материалу и отражается от его поверхности. Датчик улавливает отраженные эхо-сигналы и измеряет временной интервал между передачей излученного и приемом отраженного сигналов.
На основании временного интервала и скорости распространения звука в воздухе рассчитывается расстояние до поверхности жидкости. Встроенный датчик температуры корректирует результаты измерений с учетом изменения скорости звука при различных температурах окружающей среды. Современные ультразвуковые датчики имеют диапазон измерения от 0,2 до 40 метров и обеспечивают точность от 3 до 10 миллиметров.
Преимущества и применение
Ультразвуковые датчики обладают рядом преимуществ, которые делают их популярными в различных отраслях промышленности. Бесконтактный метод измерения позволяет работать с агрессивными и вязкими средами, такими как нефтепродукты, кислоты и щелочи. Надежность измерения не зависит от химических и физических свойств продукта, плотности среды или ее диэлектрической постоянной.
Ультразвуковые датчики применяются в открытых и закрытых резервуарах в химической и нефтехимической промышленности, фармацевтике, сельском хозяйстве и пищевой промышленности. Они отлично подходят для измерения уровня воды в системах водоснабжения и водоотведения, контроля уровня топлива и горюче-смазочных материалов на складах. Некоторые модели могут работать автономно от батарей, что расширяет возможности их применения.
Пример использования в очистных сооружениях
На станции биологической очистки сточных вод установлены ультразвуковые датчики для контроля уровня в четырех аэротенках объемом по 500 кубических метров каждый. Датчики с диапазоном измерения до 10 метров обеспечивают непрерывный мониторинг уровня с точностью ±5 мм. Данные передаются в систему управления, которая автоматически регулирует подачу воздуха для аэрации и поддерживает оптимальный уровень в резервуарах.
Факторы, влияющие на работу
При использовании ультразвуковых датчиков важно учитывать несколько факторов, влияющих на точность измерений. Высокая частота излучения ограничивает дальность измерений, так как высокочастотные волны быстрее затухают в воздухе. Высокая температура и влажность могут искажать результаты. Давление и пыль также затрудняют процесс измерения.
На результаты измерений ультразвуковых датчиков могут повлиять обильные испарения продукта, сильная запыленность и ветер. Использование ультразвуковых датчиков для измерения уровня сыпучих материалов ограничено, так как неровная поверхность сыпучих веществ, постоянная запыленность резервуара и большой диапазон измерений влияют на точность данных. Для работы с сыпучими материалами и жидкостями с высоким уровнем испарения рекомендуется выбрать более подходящие устройства, например радарные датчики.
Ограничение: Ультразвуковые датчики не подходят для измерений в вакууме, так как в этой среде не может распространяться звуковой сигнал. Также следует учитывать наличие зоны нечувствительности на близком расстоянии, обычно составляющей 0,3-0,5 метра от датчика.
5. Емкостные датчики уровня
Емкостные датчики уровня представляют собой универсальные измерительные приборы, работающие по принципу изменения емкости конденсатора при изменении диэлектрической проницаемости среды. Эти датчики могут использоваться для измерения уровня как жидких, так и сыпучих сред и находят широкое применение в различных отраслях промышленности благодаря своей надежности и возможности работы в сложных условиях.
Принцип работы и конструкция
Основным элементом емкостного датчика является конденсатор, который может быть выполнен в плоском или цилиндрическом виде. В емкостных датчиках уровня жидкости, установленных в резервуар из неэлектропроводящего материала, используются два измерительных электрода, расположенных параллельно друг другу или коаксиально. Один электрод выполнен в виде трубы, второй размещен внутри этой трубы на ее осевой линии.
При изменении уровня жидкости или сыпучего материала изменяется диэлектрическая проницаемость среды между электродами, что приводит к изменению емкости конденсатора. Специальная электронная схема преобразует изменение емкости в выходной электрический сигнал, пропорциональный уровню измеряемой среды. Для металлических резервуаров стенка емкости может служить вторым электродом.
Области применения
Емкостные датчики уровня получили широкое применение в различных областях промышленности благодаря разнообразию конструктивных исполнений и возможности измерения различных сред. В металлургии и на обогатительных фабриках они используются для контроля уровня легирующих добавок и измельченной породы в бункерах. В пищевой промышленности и фармацевтике емкостные датчики контролируют уровень пищевых продуктов, препаратов и воды в резервуарах.
В сельском хозяйстве и жилищно-коммунальном хозяйстве емкостные датчики применяются для управления запасами горюче-смазочных материалов на складах и контроля уровня воды в системах водоснабжения и водоотведения. Существуют модели, которые не требуют врезки в резервуар и непосредственного контакта с измеряемой средой - измерение производится через непроводящую стенку резервуара.
Преимущества и особенности применения
Благодаря тому, что электроды емкостных датчиков уровня не содержат электронных компонентов и не имеют подвижных частей, они могут быть применены в процессах с высокой температурой измеряемой среды до +800 градусов Цельсия или большим избыточным давлением до 75 бар. Емкостные датчики надежно работают в условиях большого запыления в емкости или образования конденсата.
Точность измерений емкостных датчиков составляет около 1,5 процента от диапазона измерения. Однако следует помнить, что среда не должна оставаться и образовывать отложения на сверхчувствительном элементе датчика. Диэлектрическая проницаемость измеряемых материалов определяет возможности применения уровнемеров емкостного типа. Емкостными датчиками сложно измерять уровень продуктов с низкой диэлектрической проницаемостью.
Пример применения в фармацевтике
На фармацевтическом предприятии для контроля уровня активных фармацевтических субстанций в реакторах из нержавеющей стали используются емкостные датчики. Реакторы имеют объем 2 кубических метра и работают при температуре до 150 градусов Цельсия. Емкостные датчики обеспечивают непрерывный контроль уровня с точностью ±10 мм и передают данные в систему управления по протоколу HART, что позволяет точно дозировать компоненты в процессе синтеза.
6. Кондуктометрические датчики уровня
Кондуктометрические датчики уровня работают по принципу измерения электрической проводимости среды и используются преимущественно для контроля уровня электропроводящих жидкостей, таких как вода и водные растворы. Принцип действия кондуктометрического датчика основан на разнице между электропроводностью воздуха и жидкости, что делает эти датчики простыми, надежными и экономичными решениями для многих применений.
Принцип работы
Эта разница в электропроводности фиксируется двумя электродами: сигнальным, установленным на необходимом уровне, и общим. Когда поверхность жидкости соприкасается с сигнальным электродом, происходит замыкание электрической цепи между двумя электродами благодаря электропроводности жидкости. Этот момент регистрируется электронным блоком датчика, который формирует сигнал о достижении заданного уровня.
Кондуктометрические датчики применяются для измерения уровня как в металлических, так и неметаллических резервуарах. В металлических резервуарах количество применяемых для измерения сигнальных электродов соответствует числу измеряемых уровней, а общим электродом служит стенка резервуара. В неметаллических резервуарах количество электродов должно быть на один больше, чем число сигнализируемых уровней, поскольку один из них служит в качестве общего электрода.
Применение и преимущества
Относительно использования кондуктометрических уровнемеров и сигнализаторов в водных растворах проблем не возникает. Оптимальное применение этих датчиков - это контроль уровня воды, растворов на ее основе, технологических жидкостей в системах водоснабжения, водоотведения, охлаждения и очистки. В пищевой промышленности кондуктометрические датчики используются для контроля уровня напитков, соков и других жидких продуктов.
При использовании кондуктометрических датчиков уровня рекомендуется выбирать электроды из нержавеющей стали для исключения их коррозии. Для снижения электрохимической коррозии электродов и предотвращения их обрастания растворенными в жидкости солями рекомендуется питать цепи датчиков переменным синусоидальным током. Если датчики используются при дренаже сточных вод, устанавливается ограждение электродов для исключения их ложного замыкания твердыми включениями.
Особенность применения: Кондуктометрические датчики не подходят для измерения уровня неэлектропроводящих жидкостей, таких как нефтепродукты, масла и органические растворители. Для таких сред следует использовать другие типы датчиков, например емкостные или радарные.
Технические характеристики
Кондуктометрические датчики отличаются простотой конструкции, низкой стоимостью и высокой надежностью. Они могут работать в диапазоне температур от -20 до +100 градусов Цельсия и обеспечивают точность срабатывания в пределах 10-20 миллиметров. Длина электродов может варьироваться от нескольких сантиметров до нескольких метров в зависимости от требуемого диапазона контроля уровня.
Точность фиксации, надежность и простота в обслуживании кондуктометрических датчиков стали основными преимуществами, благодаря которым они устанавливаются в резервуарах для хранения питьевой, противопожарной или технической воды. Устройство приборов и принципы их работы оптимальны для контроля состояния воды в емкостях с различными запасами жидкости.
7. Вибрационные датчики уровня
Вибрационные датчики уровня являются специализированными приборами, разработанными специально для контроля уровня сыпучих материалов в бункерах, силосах и других емкостях. Принцип работы вибрационных датчиков основан на изменении частоты и амплитуды механических резонансных колебаний чувствительного элемента при контакте с измеряемым материалом. Эти датчики признаны наиболее надежными для решения задач контроля уровня различных сыпучих сред.
Принцип работы и конструкция
Вибрационный датчик состоит из сенсора в виде вилки или штыря и электронного блока. Прибор работает по принципу камертона. Пьезоэлектрический кристалл возбуждает механические колебания вилки с частотой примерно 150 герц. Вибрирующая на резонансной частоте вилка имеет амплитуду до 3 миллиметров и размещается в необходимой части бункера с помощью удлинительной штанги.
При соприкосновении вибрирующей вилки с контролируемой средой или при демпфировании вилки материалом колебания срываются или изменяется их частота, что фиксируется электронным блоком. Изменение частоты отслеживается микропроцессором, который формирует управляющий сигнал переключения состояния выходных контактов сигнализатора. Визуализация состояния контактов доступна на светодиоде, выполняющем функцию индикатора.
Области применения
Благодаря исключительным эксплуатационным качествам вибрационные датчики находят широкое применение в различных областях промышленного производства. Датчики используются для контроля уровня наполнения и опорожнения различных технологических емкостей, заполнения пневмокамерных насосов, определения заторов в трубах и шахтах, управления насосами и транспортерами.
Вибрационные датчики применяются для контроля уровня сыпучих материалов растительного происхождения, таких как мука, сода, крахмал, лузга, сухое молоко, древесная пыль, зерно и комбикорма. Они также эффективно работают с материалами нерастительного происхождения: песком, цементом, сухими строительными смесями, содой, удобрениями, щебнем, гравием, опилом и химическими порошками. Для корректной работы сигнализатора плотность сыпучих материалов должна быть не менее 8 килограммов на кубический метр.
Преимущества вибрационных датчиков
Простота конструкции и отсутствие подвижных механических частей создают ряд преимуществ при использовании вибрационных сигнализаторов уровня сыпучих материалов. Широкий выбор версий конструктивного исполнения и размеров датчиков позволяет подобрать оптимальное решение для любого бункера. Существуют пылевзрывозащищенные и гигиенические исполнения сигнализаторов для применения в пищевой промышленности.
Высокий класс защиты корпуса позволяет использовать устройства в атмосферных условиях. Универсальные напряжения питания и унифицированные выходные сигналы обеспечивают простую интеграцию в системы автоматизации. Датчики не требуют калибровки, а переключающие характеристики сигнализаторов не зависят от таких параметров контролируемой среды, как температура, давление, изменения проводимости, диэлектрической постоянной и наличие вибраций.
Пример применения на цементном заводе
На цементном заводе в силосах для хранения цемента емкостью по 1000 тонн установлены вибрационные датчики уровня. Датчики с вибровилкой в виде плоских пластин обеспечивают контроль верхнего и нижнего предельных уровней. При заполнении силоса цементом до верхнего уровня датчик срабатывает и отключает подающий транспортер. При опустошении силоса до нижнего уровня система автоматически запускает процесс загрузки из производственной линии.
Типы вибровилок: Вибровилка в виде плоских пластин (базовый резонатор) применяется для сухих сыпучих материалов, таких как цемент, строительные смеси и зерно. Вибровилка в виде стержней переменного сечения (штыревой резонатор) используется для сыпучих материалов с высокой адгезией и повышенной склонностью к налипанию, таких как гипс, известь и некоторые виды комбикормов.
Часто задаваемые вопросы
Для контроля уровня воды в резервуаре оптимальным выбором будут поплавковые, гидростатические или кондуктометрические датчики. Поплавковые датчики подходят для простых применений в открытых резервуарах и обеспечивают надежное дискретное измерение с минимальными затратами. Гидростатические датчики рекомендуются для глубоких резервуаров и скважин глубиной до 250 метров, они обеспечивают непрерывное измерение с высокой точностью 2-5 мм.
Кондуктометрические датчики являются экономичным решением для металлических резервуаров и позволяют контролировать несколько уровней одновременно. Для резервуаров питьевой воды следует выбирать датчики из пищевой нержавеющей стали с соответствующими сертификатами. Если требуется бесконтактное измерение, можно использовать ультразвуковые датчики, которые монтируются сверху резервуара и обеспечивают точность 3-10 мм.
Радарный и ультразвуковой датчики являются бесконтактными приборами, но работают на разных физических принципах. Радарный датчик использует микроволновое излучение частотой 26-80 ГГц, которое распространяется со скоростью света и не зависит от свойств газовой среды. Ультразвуковой датчик использует звуковые волны частотой 20-200 кГц, скорость распространения которых зависит от температуры, влажности и давления воздуха.
Радарные датчики обеспечивают более высокую точность 1-3 мм против 3-10 мм у ультразвуковых, работают в экстремальных условиях (вакуум, высокие температуры до +200°С, пар, пена) и имеют больший диапазон измерения до 80 метров. Ультразвуковые датчики более экономичны, проще в установке и достаточны для большинства применений в нормальных условиях. Ультразвуковые датчики не работают в вакууме, так как звук не распространяется без среды.
Для измерения уровня агрессивных жидкостей, таких как кислоты, щелочи и растворители, лучше всего подходят бесконтактные датчики: радарные и ультразвуковые. Радарные датчики обеспечивают наивысшую надежность, так как не контактируют со средой и могут работать с любыми агрессивными жидкостями при температурах до +200°С. Они подходят для коммерческого учета и обеспечивают точность ±1-3 мм.
Гидростатические датчики также могут использоваться для агрессивных сред при условии, что их корпус и мембрана изготовлены из химически стойких материалов: фторопласта, керамики или специальных марок нержавеющей стали. Емкостные датчики с покрытием электродов из фторопласта или полипропилена подходят для контроля уровня в резервуарах с агрессивными средами при высоких температурах до +150°С и давлении до 75 бар.
Некоторые типы датчиков являются универсальными и могут работать как с жидкостями, так и с сыпучими материалами. К таким датчикам относятся радарные, емкостные и ультразвуковые приборы. Радарные датчики наиболее универсальны: они надежно измеряют уровень жидкостей любой вязкости, нефтепродуктов, химикатов, а также сыпучих материалов (цемент, зерно, пластиковые гранулы) с одинаково высокой точностью 1-3 мм.
Емкостные датчики работают как с жидкими, так и сыпучими средами, измеряя изменение диэлектрической проницаемости. Они особенно эффективны в сложных условиях при высоких температурах до +800°С. Ультразвуковые датчики также универсальны, но для сыпучих материалов их применение ограничено из-за неровной поверхности и запыленности, что снижает точность. Специализированные датчики, такие как вибрационные для сыпучих материалов или поплавковые для жидкостей, не являются взаимозаменяемыми.
Частота обслуживания датчиков уровня зависит от их типа и условий эксплуатации. Бесконтактные датчики (радарные и ультразвуковые) практически не требуют обслуживания, так как не имеют движущихся частей и не контактируют со средой. Рекомендуется проводить визуальный осмотр и очистку антенны или излучателя от загрязнений один раз в 6-12 месяцев. Поверка точности измерений проводится согласно требованиям метрологической службы, обычно раз в 1-2 года.
Контактные датчики требуют более частого обслуживания. Поплавковые датчики нуждаются в проверке работоспособности механизма каждые 3-6 месяцев, замене изношенных поплавков и герконов по мере необходимости. Гидростатические датчики требуют периодической очистки мембраны от отложений и проверки воздушной трубки каждые 6 месяцев. Емкостные и кондуктометрические датчики нуждаются в очистке электродов от налета и отложений раз в 3-6 месяцев в зависимости от свойств измеряемой среды. Вибрационные датчики для сыпучих материалов не требуют частого обслуживания благодаря отсутствию движущихся частей, достаточно проверки работоспособности раз в год.
Требуемая точность измерения уровня зависит от конкретного применения. Для коммерческого учета нефти и нефтепродуктов в резервуарных парках необходима максимальная точность ±1-3 мм, которую обеспечивают радарные датчики. Для технологического контроля в химической промышленности достаточна точность ±5-10 мм, которую обеспечивают гидростатические, ультразвуковые или емкостные датчики.
В системах водоснабжения и очистки сточных вод приемлема точность ±10-20 мм, что соответствует возможностям кондуктометрических и поплавковых датчиков. Для контроля переполнения резервуаров и аварийной сигнализации достаточно точности ±20-50 мм, которую обеспечивают вибрационные датчики для сыпучих материалов. При выборе датчика следует учитывать не только точность, но и надежность работы в конкретных условиях эксплуатации, стоимость прибора и затраты на обслуживание.
Температура окружающей среды и измеряемого продукта влияет на работу датчиков по-разному в зависимости от их типа. Радарные датчики наименее чувствительны к температуре и могут работать в диапазоне от -60 до +200°С без потери точности, так как скорость распространения радиоволн практически не зависит от температуры. Специальные модели могут работать при еще более высоких температурах. Они идеальны для применений с экстремальными температурами.
Ультразвуковые датчики более чувствительны к температуре, так как скорость звука меняется с температурой воздуха. Современные модели имеют встроенный датчик температуры, который автоматически корректирует измерения, обеспечивая стабильную работу в диапазоне от -40 до +70°С. Гидростатические датчики работают в диапазоне от -20 до +80°С для большинства моделей, но при изменении температуры может меняться плотность жидкости, что требует коррекции показаний. Емкостные датчики могут работать при температурах до +800°С благодаря отсутствию электроники в контактной части. Поплавковые и кондуктометрические датчики обычно ограничены температурным диапазоном от -20 до +100°С.
Для работы во взрывоопасных зонах все типы датчиков должны иметь соответствующее взрывозащищенное исполнение с сертификатами ATEX, IECEx или ТР ТС 012/2011. Наиболее безопасными для взрывоопасных зон являются бесконтактные датчики: радарные и ультразвуковые, так как они не создают искр и не нагреваются. Радарные датчики во взрывозащищенном исполнении широко применяются в нефтегазовой отрасли для учета нефти и нефтепродуктов.
Гидростатические датчики также выпускаются во взрывозащищенном исполнении с искробезопасными цепями. Емкостные датчики с искробезопасной электроникой подходят для контроля уровня легковоспламеняющихся жидкостей и горючих порошков. Вибрационные датчики для сыпучих материалов имеют пылевзрывозащищенные исполнения для работы с взрывоопасной пылью цемента, муки и зерна. При выборе датчика необходимо убедиться, что его маркировка взрывозащиты соответствует классификации взрывоопасной зоны на конкретном объекте.
Установка датчика уровня своими руками возможна для простых применений, но требует соблюдения инструкций производителя и правил безопасности. Наиболее просты в установке бесконтактные датчики: ультразвуковые и радарные, которые монтируются на верхней крышке резервуара через стандартное технологическое присоединение. Важно обеспечить правильное позиционирование датчика строго вертикально и на достаточном расстоянии от стенок резервуара, чтобы избежать ложных отражений.
Поплавковые датчики также относительно просты в установке и требуют вертикального монтажа в резервуар с обеспечением свободного хода поплавка. Гидростатические погружные датчики требуют правильного выбора глубины установки и надежного крепления троса. Для промышленных применений, особенно во взрывоопасных зонах, при работе с опасными веществами или для систем коммерческого учета установка должна выполняться квалифицированными специалистами с соответствующими допусками. После установки обязательно проведение пусконаладочных работ и проверки точности измерений.
Для небольших резервуаров объемом до 1 кубического метра оптимальным выбором по соотношению цены и функциональности будут поплавковые, кондуктометрические или компактные ультразвуковые датчики. Поплавковые датчики наиболее экономичны и надежны для резервуаров с чистой водой или маслами, обеспечивают дискретный контроль верхнего и нижнего уровней с точностью ±5-10 мм и просты в установке.
Кондуктометрические датчики идеальны для металлических резервуаров с водой или водными растворами, позволяют контролировать несколько уровней одновременно при минимальных затратах. Компактные ультразвуковые датчики подходят для любых жидкостей и обеспечивают непрерывное измерение с точностью ±3-5 мм, монтируются сверху резервуара без врезки. Для пластиковых резервуаров с непрозрачными стенками можно использовать емкостные датчики, которые работают через стенку без контакта с жидкостью. Выбор конкретного типа зависит от свойств измеряемой жидкости, материала резервуара и требований к точности измерения.
