Методы измерения уровня и какой лучше выбрать.

1 of 2

Для чего измеряется уровень? Обычно это Технологический учет запасов или Коммерческий учет. Если в случае технологического учета в подавляющем большинстве случаев для учета запасов требуется погрешность измерения уровня не более ±3 мм, то для коммерческого - это уже будет ±1 мм, а то и точнее (в зависимости от метода и материала). Измерение уровня дает точность дозирования, эффективность техпроцесса.

Пробежимся немного по терминологии. Значение уровня выражается, как правило, в единицах длины или % от значения, соответствующего полному резервуару или в % от диапазона измерений. Диапазон измерений может отличаться от полной шкалы заполнения - это расстояние между низшим и высшим значениями, измеряемыми датчиком уровня (LT) в конкретном применении и требуется обязательно согласовывать задачу с возможностью измерения.

Еще один важный термин в измерениях это Граница раздела (сред) - это слой между двумя несмешиваемыми (не поддающимися перемешиванию) материалами, например жидкостями с различной плотностью (например, нефть и вода), иногда есть задача измерения именно уровня раздела. Измерение поверхности раздела позволяет определить положение границы между жидкостями с различной плотностью, хранящимися в одном и том же резервуаре, определить уровень сухого остатка итп. Не все методы позволяют проникнуть измерением в одну среду, чтобы измерять уровнеь другой среды. Для измерения границы раздела можно применять уровнемеры двух типов - волноводный уровнемер и датчик перепада давления. Измерение положения границы раздела сред волнового уровнемера, основанно на различии диэлектрических постоянных двух жидкостей. В некоторых случаях может отработать датчик ротационный или вибрационный, если среды имеют сильное отличие в вязкости.

Сходу можно назвать семь основных способов измерения уровня: кондуктометрический, поплавковый, гидростатический, ротационный, емкостной, вибрационный и радарный. Разумеется, каждый из них имеет свои достоинства и недостатки. И мы часто задаемся вопросом: как подобрать оптимальное решение для конкретной задачи? Давайте разберемся, как подразделяются датчики уровня, и какие методы измерения уровня существуют.

Теперь можно поговорить о применимости того или иного способа и метода.

Методы измерения и контроля уровня делятся на два типа, исходя из применяемых датчиков уровня:

— бесконтактный метод измерения уровня

— контактный метод измерения уровня

Исходя из этого принципа можно уже сделать вывод, какой метод более подходящий. Бесконтактные методы предпочтительны в случаях, когда измеряемая жидкость обладает особо абразивными, вязкими или коррозионными свойствами, имеет склонность к кристаллизации, либо загрязнена.

Примерно такой же момент связан с монтажом, некоторые датчики требуют установку на корпус резервуара так, чтобы часть датчика была наружу, а часть помещалась внутрь, некоторые датчики не требуют (гидростатические, некоторые поплавковые). Некоторые датчики позволяют производить монтаж сверху, некоторым нужно делать отверстие сбоку.

Датчики позволяют делать прямое или косвенное измерение. Прямое измерение уровня реализуется в случае непосредственного измерения расстояния до поверхности. Результаты прямого измерения не зависят от каких-либо других параметров технологического процесса.

Косвенное измерение, называемое также расчетным, подразумевает определение значения переменной, не являющейся уровнем, с последующим преобразованием полученного результата в значение уровня жидкости. Это опять же гидростатические датчики, по сути это датчики давления для вычисления уровня, они используют значения плотности или удельного веса жидкости по формуле h=P/ρg, где g = 9,81 м/с² — ускорение свободного падения, такие измерения должны учитывать высоту над уровнем моря, и плотность измеряемой среды, которая зависит, например, от температуры.

Перечислю несколько вопросов, которые должны интересовать при подборе уровнемера:

Необходимо ли уровнемеру работать в условиях высокого давления и температуры?

Каково состояние поверхности, если поверхность неспокойная - какова причина - налив, перемешивание? Образуется ли пар или другие испарения над поверхностью продукта?

Присутствуют ли в резервуаре границы раздела сред, градиент температуры продукта, пена, взвешенные частицы?

Имеются ли какие-либо ограничения по монтажу в резервуаре?

Должен ли прибор монтироваться в выносной камере?

Каковы условия эксплуатации?

Каковы характеристики продукта?

Каковы требования к погрешности измерений в данном применении?

Каковы требования к выходным сигналам?

Именно по ним выбирается метод и тип датчика уровня.

Глобально каждый из методов разделяется на группы по используемому режиму работы, так и в статье будет описан сперва метод непрерывного измерения с приведением типов названий датчиков, а потом дискретный:

Уровнемеры можно разделить по типу измеряемого продукта:

• приборы для измерения уровня жидких продуктов (водные растворы, пульпы, суспензии, уровень нефтепродуктов, технических масел);
• приборы по измерению уровня сыпучих продуктов (порошко образные продукты, гранулы и подобные продукты)

Применимость тех или иных методов для типа материала можно оценить в таблице:

Непосредственно типы уровнемеров

Уровнемеры делятся на следующие типы:

• Байпасный уровнемер, например, поплавкового типа

Использование этого уровнемера позволяет непрерывно и визуально следить за уровнем жидкого продукта размещаемого в закрытых или открытых резервуарах, в емкостях с избыточным давлением. Установка байпасной (измерительной) камеры вплотную к емкости осуществляется по принципу сообщающихся сосудов. Конструктивно уровень может отслеживаться либо визуально по границе раздела, либо с помощью поплавка, поплавок оснащается системой с постоянным магнитом, по средством которого осуществляется передача измеренных значений уровня на размещенный на корпусе сигнализатора локальный индикатор. Индикация может активизировать флажковые магнитные пластины, которые соответствуют уровню измеряемой жидкости, либо осуществляют взаимодействие с магнитный удаленным цифровым указателем. Снимать показания можно визуально в соответствии от положения вертикально расположенных флажков, или при заказе такой модификации, снимать информацию с локального индикатора.

• Магнитострикционный уровнемер

Принцип действия магнитострикционного преобразователя уровня следующий: внутри полой направляющей находится волновод, который образует катушку и по которой проходят импульсы тока. Поплавок передвигается по направляющей и в нем размещен магнит. Перемещающийся по волноводу магнит и возникающие магнитные токовые поля генерируют импульсы продольной деформации, которые распространяются по волноводу и измеряемые пьезоэлементом, конструктивно расположенном в центре. Электроника датчика анализирует измеренные значения, измеряет время распространения этих импульсов и позволяет преобразовывать эти измеренные значения в выходной токовый сигнал 4-20 мА.

Преимущества

Магнитострикционные уровнемеры отличаются низкой погрешностью измерений (±1 мм). Одним уровнемером можно измерять как уровень, так и уровень границы раздела сред, а также возможно измерять температуру процесса в одной или нескольких точках.

Ограничения

Магнитострикционный уровнемер измеряет положение поплавка, таким образом, изменение плотности измеряемой среды вызовет повышенную погрешность измерения. Поскольку поплавки соприкасаются с измеряемой средой, они могут потерять подвижность, и подвергаются коррозии. Уровнемеры для больших диапазонов измерения (более 3 м) могут быть выведены из строя турбулентной поверхностью или из-за ошибок в монтаже. Кроме того, магнит поплавка притягивает все металлические частицы, содержащиеся в жидкости, что изменяет свойства поплавка.

• Гидростатического типа, как, например, скважинный уровнемер

1 of 2

Скважинный уровнемер разработан и используется для измерения параметра гидростатического давления столба измеряемой жидкости различной высоты (как принцип ртутного или водяного), который не должен превышать заводскую калибровку прибора. Имея измеренное значение давления контролируемого столба жидкости, и зная ее плотность, электроника скважинного преобразователя уровня позволяет пересчитывать измеренное давление в измеряемую высоту этого столба жидкости (плотность воды применяется равной 1000 кг/м3). Конструктивно, данные датчики имеют в своем составе мембрану, которая соединена с сенсорным элементом, работающим либо на емкостном, либо на полупроводниковом принципе.

Уровнемер гидростатического принципа действия используются для непрерывного контроля за уровнем гидростатического столба жидкости, находящегося в емкости. Конструкция датчика имеет в своем составе мембрану, которая соединена с сенсорным элементом, работающим в зависимости от модификации датчика либо на полупроводниковом принципе действия, либо на емкостном принципе действия.

Основные достоинства гидростатического метода:

+ точность;

+ применим для загрязнённых жидкостей;

+ реализация метода не предполагает использования подвижных механизмов;

+ соответствующее оборудование не нуждается в сложном техническом обслуживании;

+ при образовании корки льда сам датчик защищен от обледенения.

Недостатки:

– движение жидкости вызывает изменение давления и приводит к ошибкам измерения (давление относительно плоскости отсчёта зависит от скорости потока жидкости — следствие закона Бернулли);

– атмосферное давление должно быть скомпенсировано;

– изменение плотности жидкости может быть причиной ошибки измерения;

– нахождение датчика обычно близко к дну способствует засорению канал измерения.

• Электрического (емкостного) типа

Работа емкостного уровнемера основана на принципе изменения емкости конденсатора, который образуется с одной стороны измерительным зондом (прибора), с другой стороны опорным зондом, которым обычно является проводящая стенка емкости или опорный электрод в неметаллических резервуарах. Изолятором диэлектриком конденсатора в таком случае будет являться продукт измерения. При повышении уровня воздух или газ, окружающий электрод, вытесняется материалом, имеющим другое значение диэлектрической постоянной. Изменение емкости конденсатора происходит из-за изменения диэлектрических свойств среды между пластинами. Это изменение регистрируется электронными цепями для измерения емкости и преобразуется в команду для исполнительного реле или в пропорциональный выходной сигнал. Стенка емкости, в которую установлен прибор, в случае выбора ее как опорного зонда, должна быть из легко проводящего материала (металлическая) и должна располагаться строго параллельно зонду прибора. При не соблюдении этих требований, необходимо использовать прибор с ответным зондом. При первом применении уровнемера необходимо провести его калибровку на пустой емкости и на полностью заполненной емкости для определения преобразователем уровня необходимых параметров измерения уровня.

Преимущества

Емкостной уровнемер может применяться в широком диапазоне технологических параметров, в частности, в условиях переменной плотности, повышенных температур (до 540 °C), высоких давлений (до 345 бар), при наличии вязких/клейких продуктов, пены и паст. Он может применяться для непрерывного или точечного измерения уровня жидкостей и сыпучих материалов, и пригоден для измерения уровня границы раздела сред. Кроме того, емкостные уровнемеры отличаются невысокой стоимостью.

Ограничения

Изменение диэлектрических свойств среды, а также осаждение продукта на зонде, приводят к ошибкам измерений емкостного уровнемера. Существуют различные варианты компенсации влияния отложений продукта на емкостных зондах. В неметаллических резервуарах или в резервуарах, не имеющих вертикальных стенок, требуется применение дополнительного опорного электрода. Калибровка емкостного уровнемера может вызывать затруднения, особенно в случае невозможности "калибровки на стенде", а изменение характеристик парогазового пространства может повлиять на выходной сигнал. Кроме того, работа емкостных уровнемеров сильно затруднена в условиях сильного пенообразования.

• Ультразвукового типа (акустического)

1 of 2

Принцип работы ультразвукового преобразователя уровня основан на измерении времени, необходимого для пролета акустического сигнала генерируемого излучателем прибора и отраженного от поверхности измеряемой среды и принятого все тем же излучателем преобразователя уровня. Преобразователь уровня фактически измеряет время пролета с генерируемого акустического сигнала, необходимое для пролета его до поверхности среды и обратно. Для данного вида измерения важно, чтобы излучатель и измеряемый продукт были перпендикулярны.

Химические и физические свойства среды не влияют на результат измерения, полученный УЗК-методом, поэтому без проблем может измеряться уровень агрессивных, абразивных, вязких и клейких веществ. Однако необходимо помнить, что на скорость распространения ультразвука оказывает влияние температура воздуха в среде его распространения

Кроме того, будучи сильно зависимой от температуры, скорость ультразвука зависит от давления воздуха: она увеличивается с ростом давления. Связанные с изменениями давления в нормальной атмосфере относительные изменения скорости звука составляют приблизительно 5%. Скорость ультразвука также зависит от состава воздуха, например, от процентного содержания CO2 и влажности. Влияние относительной влажности на скорость ультразвука является меньшим по сравнению с влиянием, оказываемым температурой и давлением: дополнительная разница скорости в сухом и насыщенном влагой воздухе составляет около 2% [3].

Работа ультразвуковых уровнемеров основывается на допущении, что ультразвуковой импульс не изменяет скорость распространения. Следует избегать таких применений, где над поверхностью жидкостей образуются испарения или плотные пары. В подобных случаях рекомендуется использовать радарные уровнемеры.

Так как ультразвуковой импульс распространяется в воздушной среде, ультразвуковые уровнемеры нельзя применять в процессах со значительным вакуумметрическим давлением.

Ультразвуковые уровнемеры могут использоваться в силосах, содержащих сыпучие материалы в виде гранул, зерен или порошков, но запуск в эксплуатацию в таких применениях затруднен из-за таких факторов, как угол наклона поверхности, запыленность пространства и большие диапазоны измерений. Для работы с сыпучими материалами лучше применять волноводные уровнемеры.

Достоинства:

+ бесконтактный;

+ применим для загрязнённых жидкостей;

+ реализация метода не предъявляет высоких требований к износостойкости и прочности оборудования;

+ независимость от плотности контролируемой среды.

Недостатки:

– большое расхождение конуса излучения;

– отражения от нестационарных препятствий (например мешалок) могут вызвать ошибки измерения;

– применим только в резервуарах с нормальным атмосферным давлением;

– на сигнал оказывают влияние пыль, пар, газовые смеси и пена и даже дым.

• Радарного типа

Бесконтакные радарные уровнемеры реализуют два основных способа излучения радиоволн - импульсный и частотно-модулированный (FMCW).

Импульсный бесконтактный радар излучает радиоволны, которые отразившись от поверхности измеряемой среды возвращаются обратно в приемник. Уровнемер измеряет временную задержку между излучением и приемом излученного и отраженного сигналов, после чего встроенный микропроцессор рассчитывает расстояние до поверхности измеряемой среды.

Радарный уровнемер с частотной модуляцией также излучает радиоволны к поверхности продукта, но частота радиоволн постоянно изменяется. Когда радиоизлучение отразилось от поверхности жидкости и вернулось обратно в уровнемер, оно сравнивается с радиоизлучением, которое передается в резервуар в текущий момент. Разница частот между передаваемым и принятым радиосигналом прямо пропорциональна расстоянию до поверхности.

По сути тоже измерение времени, за которое микроволновый импульс с высокой частотой проходит от излучателя преобразователя уровня до поверхности продукта и отразившись вернется обратно. Для данного вида измерения важна диэлектрическая проницаемость продукта измерения.

Поскольку измерения осуществляются бесконтактно и части уровнемера практически не подвергаются коррозии, такие уровнемеры являются идеальным выбором для измерений вязких, клейких сред и жидкостей с абразивными включениями. Довольно часто бесконтактные уровнемеры применяются в резервуарах с мешалками. При необходимости радарный уровнемер с высокой рабочей частотой может быть изолирован от технологического процесса шаровым клапаном. Большинство изготовителей предлагают бесконтактные радары для диапазонов измерений от 1 до 30 или 40 метров.

Рабочая частота бесконтактного радарного уровнемера влияет на его характеристики. Низкая частота уменьшает восприимчивость уровнемера к парам, пене и загрязнениям антенны, а более высокие частоты способствует большей концентрации радиоизлучения, что позволяет свести к минимуму влияние патрубков, стенок и внутренних конструкций резервуара. Угол излучения обратно пропорционален размеру антенны, это значит, что при одинаковой рабочей частоте ширина измерительного луча уменьшается по мере увеличения размера антенны.

Другой важной характеристикой влияющей на формирование сигнала является размер и тип антенны. Различают следующие типы антенн: рупорная (коническая), стержневая, трубчатая, параболическая, планарная. Чем больше размер антенны, тем более сильный и узконаправленный сигнал она излучает и, в тоже время, тем лучше прием отраженного сигнала.

Наиболее универсальный тип антенны – рупорная. Она применяется, как правило, в больших емкостях, позволяет работать с широким спектром сред по диэлектрической проницаемости, применима в сложных условиях и обеспечивает диапазон измерения до 35...40 м. (в условиях спокойной поверхности).

Стержневая антенна применяется в небольших емкостях с химически агрессивными средами или гигиеническими продуктами, а также в случае, когда доступ в емкость ограничен малыми размерами патрубка. Диапазон измерения – до 20 м. Поверхность стержневой антенны покрыта слоем защитной изоляции.

Трубчатая антенна представляет собой надстроенный удлиненный волновод. Она позволяет формировать наиболее сильный сигнал за счет снижения рассеивания и используется в особо сложных случаях при наличии сильного волнения поверхности среды или большого слоя густой пены либо для случая сред с низкой диэлектрической проницаемостью. Трубчатая антенна применима для небольшого диапазона измерения уровня.

Планарный и параболический типы антенн обеспечивают особо высокую точность до ±1 мм и применяются в системах коммерческого учета.
Радарные уровнемеры - наиболее универсальные средства измерения уровня. Не имея непосредственного контакта с контролируемой средой, они могут применяться для агрессивных, вязких, неоднородных жидких и сыпучих материалов. От ультразвуковых бесконтактных уровнемеров их выгодно отличает гораздо меньшая чувствительность к температуре и давлению в рабочей емкости, к их изменениям, а также большая устойчивость к таким явлениям как запыленность, испарения с контролируемой поверхности, пенообразование. Радарные уровнемеры обеспечивают высокую точность измерения уровня, что позволяет использовать их в системах коммерческого учета. Вместе с тем существенным лимитирующим фактором применения радарных уровнемеров остается высокая стоимость данных приборов.
Для любого метода измерения уровня характерен набор технических реализаций, расширяющийся с развитием технологий и измерительной техники.

Преимущества

Бесконтактные радарные уровнемеры реализуют метод измерения "сверху" и обеспечивают прямое измерение расстояния до поверхности среды. Возможно измерения уровня жидкостей, шлама и сыпучих материалов. Ключевым преимуществом таких уровнемеров является отсутствие необходимости корректировки настроек при изменении плотности материала. Изменения давления, температуры и состояния парогазового пространства над жидкостью практически не влияют на погрешность измерения. В дополнение, бесконтактные радарные уровнемеры не имеют подвижных частей, что сводит к минимуму потребность в техническом обслуживании. При необходимости, радарные уровнемеры могут быть изолированы от технологического процесса диафрагмами из политетрафторэтилена (PTFE), или шаровых клапанов. Так как прибор не соприкасается с измеряемой средой, его с успехом можно применять для работы с агрессивными и загрязненными средами.

Ограничения

Ключевым условием успешной работы бесконтактного радара является его правильная установка на резервуаре. Поверхность измеряемой среды должна беспрепятственно просматриваться с места планируемой установки и монтажный патрубок должен иметь гладкие стенки без выступающих сварных швов.

Внутренние конструкции резервуара: трубы, усилители, перемешивающие устройства могут вызвать эхосигналы помех, но большинство уровнемеров снабжены сложными программными алгоритмами, которые позволяют уровнемеру маскировать и игнорировать подобные помехи.

Бесконтактный радар может использоваться в условиях турбулентности и перемешивания, но успешность и качество измерений будет зависеть от диэлектрической постоянной жидкости и интенсивности возмущений на поверхности. На измерение может оказывать влияние пена. Легкая и насыщенная воздухом пена, как правило, не отражает микроволны, а плотная и тяжелая пена может отражать микроволны.

Кстати вот ссылочка на ролик на Ютубе https://www.youtube.com/watch?v=k2vrh2NH5zI от ВЕГИ про общие принципы работы и разницу в применении ультразвука и радарного метода уровнеметрии.

• Рефлексного микроволнового (волноводного) типа (Волноводный уровнемер)

Принцип работы микроволнового уровнемера основано на генерации преобразователем уровня высокочастотных электромагнитных импульсов, распространяясь по зонду или волноводу отражаться от поверхности раздела фаз (измеряемый продукт — газовая среда), где происходит значительное и резкое изменение диэлектрической постоянной. Это изменение и считается электроникой прибора как уровень продукта.

Волноводный уровнемер (Guided wave radar - GWR) также называют радаром с временным разрешением (TDR), микроимпульсным радаром (MIR).

Волноводный уровнемер устнавливается на крыше резервуара или в выносной камере, при этом зонд имеет длину, равную глубине емкости/камеры.

Микроволновый импульс малой мощности распространяется со скоростью света вниз по зонду. В точке контакта зонда и жидкости (границы раздела воздух/вода) значительная часть энергии отражается и возвращается в обратном направлении по зонду в приемник.

Уровнемер измеряет временную задержку между излучением и приемом излученного и отраженного сигналов, после чего встроенный -микропроцессор рассчитывает расстояние до поверхности измеряемой среды.

Излучаемые прибором электромагнитные импульсы имеют, низкую мощность и распространяются вдоль металлической направляющей, что позволяет избежать потерь энергии импульса. Это позволят допустить, что амплитуда распространяемого и отражаемого импульса одинаковая и не зависит от применяемого типа зонда и его длины. Для данного вида измерения важна диэлектрическая проницаемость продукта измерения.

Часть микроволнового импульса продолжает распространяться через жидкость с низкой диэлектрической постоянной, уровнемер может зарегистрировать второй эхосигнал от границы раздела жидкостей.

Благодаря этой особенности волноводные уровнемеры успешно применяются для измерения уровня границы раздела жидкость/жидкость, таких как нефть и вода, а так же для измерения уровня жидкости через слой пены.

Волноводные уровнемеры можно применять в резервуарах со сложной геометрией, выносных камерах и емкостях с высокими патрубками. Они подходят для измерения уровня жидкостей с малыми значениями диэлектрической постоянной, в условиях неспокойной поверхности. Поскольку работа волноводного уровнемера не зависит от того, насколько "плоской" является поверхность, его можно применять для измерения уровня порошковых, гранулированных материалов с наклонной поверхностью или жидкостей, поверхность которых представляет собой воронку.

Несмотря на то, что волноводные радары могут работать в самых разнообразных условиях, следует уделить особое внимание выбору зонда. Доступно несколько вариантов зондов, выбор производится исходя из условий технологического процесса, требуемой длины и ограничений по монтажу. Зонды не должны соприкасаться с металлическими объектами (кроме коаксиальных зондов), так как это влияет на измерительный сигнал. Если измеряемая среда имеет тенденцию к налипанию или образованию отложений, то следует применять одинарные зонды. Некоторые волноводные уровнемеры оснащены расширенными возможностями диагностики, которые позволяют обнаруживать осаждения на зонде. Камеры диаметром до 75 мм более восприимчивы к осаждениям и в них сложнее избежать контакта зонда и стенок камеры.

Есть конечно и радиоизотопные и лазерные уровнемеры, но они малораспростанены и особо не вижу смысла их здесь описывать.

На этом все с уровнемерами, далее пойдут сигнализаторы уровня.

Непосредственно типы сигнализаторов уровня

Сигнализаторы уровня делятся на следующие типы:

• Магнитного принципа действия, например, поплавковый сигнализатор уровня

1 of 2

Измерение предельного уровня продукта в емкости, с использованием поплавкового метода измерения уровня, является одним из наиболее простых методов измерения предельного уровня жидкостей. Металлический поплавок размещается на одном конце штанги датчика, на другом его конце установлен магнит, перемещение поплавка в продукте вызывает перемещение магнита, который через герметичную стенку датчика управляет герконовым релейным выходом с памятью положения. Шарнирный механизм, с частью штанги с магнитом, может быть предварительно защищен от агрессивного воздействия продукта дополнительно устанавливаемым силиконовым колпачком. Главным преимуществом использования датчика является его простота в использовании, отсутствия питания и высокую надежность. Релейный выход прибора работает в режиме переключающегося типа.

В основе метода поплавкового измерения, как видно из названия, является поплавок (или несколько поплавков). Внутри поплавка, перемещаемого по направляющей, расположен магнит который переключает микропереключатели, меняя свое состояние. Для агрессивных жидкостей возможно использование сигнализатора уровня с покрытием металлической направляющей фторопластовым покрытием и материалом самого поплавка из фторопласта PVDF.Одной из важных характеристик поплавкового сигнализатора предельного уровня является высокая точность срабатывания по измерению уровня ± 1 мм. Количество точек может быть не более 5 штук на одной направляющей и с удлинением не более 3 метров. Область применения описываемого метода широкая. Но к недостаткам метода поплавкового измерения уровня можно отнести его невозможность работы в средах с образованием налипания, отложений осадка и примесей на поплавке и направляющей, не возможность надежной работы средах вызывающих коррозию поплавка и коррозию направляющей (необходимость применения версии прибора с покрытием). Поплавковый метод сигнализации уровня может также успешно использоваться для контроля уровня сильно пенящихся продуктов. Обычно рассматриваемый сигнализатор уровня широко применяется при контроле за уровнем топлива (светлых нефтепродуктов), легких нефтепродуктов, химически агрессивных жидкостей и различных масел в относительно небольших по высоте емкостях и цистернах в различных технологических процессах.

• Ротационного принципа действия (вертушка)

Датчик предельного уровня представляет собой лопасть, которая установлена на оси электрического мотора и размещенная в бункере. При работе электромотора лопасть приводится в движение. Мотор размещен в корпусе прибора вне бункера. Когда происходит наполнение бункера и контролируемый продукт, приближается к вращающейся лопасти, она упирается в продукт и останавливается, мотор продолжает работу и приводит в движение поворотную опору. Находящиеся на опоре микропереключатели отслеживают это перемещение, замыкаются и останавливают работу мотора. Дополнительный микропереключатель управляет работой релейного выхода. При опустошении емкости лепесток освобождается и поворотная платформа возвращается, микропереключатели освобождаются и мотор приводиться в движение. Релейный выход возвращается в свое исходное положение. Все эти меры позволяют обеспечить работоспособность прибора с сыпучими продуктами, имеющими минимальную насыпную плотность не ниже 100 кг/м3.

• Емкостного принципа действия (Емкостной сигнализатор уровня)

В основе принципа работы емкостного датчика предельного уровня лежит так называемый принцип изменения емкости образовываемого проводимой стенкой или опорным зондом и измерительным зондом конденсатора. В качестве диэлектрика изолятора в этом конденсаторе выступает непосредственно продукт измерения. В зависимости от уровня продукта, будет изменяться емкость конденсатора. На основе измеренного значения электроника прибора осуществляет управление дискретным релейным выходом. Датчик предельного уровня предназначен для контроля уровня сыпучих и жидких веществ с диэлектрической проницаемостью выше 1.5.

• Герконового принципа действия

Является наиболее простым прибором для сигнализации о переливе. Наиболее распространенное применение данного прибора это защита насоса от сухого хода, а также управление его работой (отключение при достижении верхнего уровня и его включение при достижении верхнего положения) .

Преимущества

Благодаря простой конструкции с небольшим количеством элементов, поплавковые и буйковые сигнализаторы очень надежны и просты в обслуживании, а еще они недорогие, что зачастую определяет выбор в их пользу например в системах автонаполнения баков напорных башен, решение по типу поставил и забыл. Они выдерживают условия процессов с высокими давлениями и температурами, а разнообразие материалов смачиваемых частей позволяет применять сигнализаторы практически в любых жидкостях.

Ограничения

Поплавковые и буйковые сигнализаторы являются простыми пассивными устройствами, не имеющими функций самодиагностики, поэтому очень важно осуществлять регулярный контроль их состояния и техническое обслуживание. Подвижные части таких сигнализаторов подвержены загрязнению липкими или вязкими жидкостями.

• Вибрационного принципа действия (Вибрационный сигнализатор уровня)

1 of 2

При изменении уровня среды, в которой происходит колебание элемента вибрирующего штыря сигнализатора, происходит изменение присоединенной массы колеблющейся системы, вследствие чего, изменяется собственная резонансная частота колебания. Наличие микроконтроллера имеющегося в сигнализаторе позволяет, контролировать изменение значения резонирующей частоты колебания, и отвечает за работу релейного выхода, который может принимать значения нормально замкнутого или нормально разомкнутого состояния реле, позволяющего его применять в различных условиях. Фактическое значение резонансной частоты, значение которой настроено срабатывание переключения релейного выхода, находится между собственной частотой резонанса вибрирующего штыря находящегося в воздухе и частотой резонанса в наименее плотном продукте. Все эти меры позволяют обеспечить работоспособность прибора с различными сыпучими продуктом, имеющими минимальную насыпную плотность не ниже 50 кг/м3.

Принцип действия датчика основывается на изменении среды, в которой происходит колебание вибрирующей части вилки, которая вызывает изменение подсоединенной массы колебательной системы, это в свою очередь изменяет собственную резонансную частоту колебания. Излучатель датчика генерирует колебания, а приемник датчика их воспринимает. При размещении вилки в измеряемую среду собственная резонансная частота колебания вилки изменяется, это изменение отслеживается приемником. Резонансная частота колебания, на которую реагирует микроконтроллер, позволяет использовать прибор на разные продукты с насыпной плотностью не менее 10 кг/м3 и минимальной плотностью 700 кг/м3. Датчик предельного уровня применяется для контроля предельного уровня различных жидких и сыпучих веществ.

Преимущества

На работу вибрационных сигнализаторов практически не оказывают воздействия: потоки жидкости, турбулентность, пузырьки, пена, вибрации, твердые включения, налипания и отложения (прибор при правильной установке сам сбрасывает их, ну тут стоит оговориться, что всему есть мера, и тут уже при определенной степени «липкости» это будет наоборот недостатком, тк прибору важна масса вибрирующих частей), а также незначительное изменение свойств / характеристик жидкости/материала. После установки на объекте дополнительной калибровки не требуется. Сигнализаторы имеют минимальные требования к монтажу, отсутствие подвижных частей и зазоров практически полностью исключает потребность в техническом обслуживании.

Ограничения

Вибрационные сигнализаторы уровня непригодны для работы в очень вязких и липких средах. Серьезные отложения между элементами вилки приводят к ложным срабатываниям.

• Кондуктометрического принципа действия (Кондуктивный сигнализатор уровня)

Работа сигнализатора уровня основана на принципе электропроводности жидкости с допустимой проводимостью не менее 10 мкСм/см. Для контроля уровня электроды сигнализатора погружаются в ёмкость, которые вместе с его стенкой, если она сделана из проводящего материала или дополнительного опорного электрода являются контактами в общей электрической цепи. Датчик предельного уровня применяется для контроля предельного уровня различных жидких веществ.

Преимущества

Кондуктометрический метод обнаружения пара и воды - проверенный метод измерения. Разница в сопротивлении воды и пара очень большая, что обеспечивает простоту и надежность измерений.

Применение электронного метода измерения уровня воды, обнаружения воды/пара обеспечивает высокий уровень самодиагностики и достоверности измерений по сравнению с механическими уровнемерами из-за отсутсвия подвижных частей. Благодаря этому значительно сокращается потребность в техническом обслуживании.

Ограничения

Надежность измерения зависит от качества воды. Обычно она очень чистая, но в загрязненной воде электроды могут давать ложные срабатывания. Тем не менее, передовые модели таких уровнемеров позволят избежать ложных срабатываний даже в таких случаях.

Предел рабочей темпертуры ограничивается применяемыми материалами и составляет 500 °C.

Можно оценить сравнительные характеристики по применимости ниже.

Сравнительный обзор методов измерения уровня

1 = Хорошо: это условие слабо влияет или не оказывает воздействия на эффективность данного метода.

2 = Удовлетворительно: этот метод может работать в данных условиях, но надежность измерений может быть снижена или может потребоваться специальный монтаж.

3 = Плохо: этот метод не подходит для данных условий.

* Изменения диэлектрической постоянной влияет на погрешность измерения уровня границы раздела сред.

** Общий уровень хорошо, уровень поверхности раздела - удовлетворительно.

Сравнительный обзор методов сигнализации уровня

1 = Хорошо: это условие слабо влияет или не оказывает воздействия на эффективность данного метода.

2 = Удовлетворительно: этот метод может работать в данных условиях, но надежность измерений может быть снижена или может потребоваться специальный монтаж.

3 = Плохо: этот метод не подходит для данных условий.