Гидростатический уровнемер (датчик уровня)

Основные виды уровнемеров

Уровнемеры классифицируются по режимам деятельности на устройства для непрерывного измерения или для дискретного контроля. Также они разделяются по типу измеряемого продукта на оборудование, предназначенное для жидкостей (нефтепродуктов, воды, растворов, суспензий) и для сухих сыпучих элементов (гранул, порошков).

Приборы, предназначенные для контроля за уровнем жидкости, также классифицируются по принципу действия:

• Электродные: проводится дискретный контроль рабочей среды с использованием ее электропроводности. Рабочая среда (электрический проводник) доходит до электрода, в результате чего электрическая цепь замыкается и возникает сигнал. При уменьшении количества рабочей среды цепь размыкается. В комплект может входить несколько электродов, и можно настраивать их разную длину. Это устройства простой конструкции, но они могут срабатывать только в электропроводных средах (например, в воде);
• Емкостные. В основе – принцип определения емкости конденсатора, а в качестве конденсатора – изолированный электрод и стенки того резервуара, в котором он находится. При изменении уровня жидкости изменяется площадь (а значит, и емкость) такого конденсатора. С помощью таких уровнемеров можно проводить постоянный контроль рабочей среды на глубине до 50 м и при температуре до +250°С. Отличаются высокой чувствительностью;
• Поплавковые. Уровень жидкости определяется путем механического перемещения герметичного полого поплавка на поверхности. При изменении высоты уровня срабатывает микровыключатель, и тем самым устройство сигнализирует об изменении высоты уровня. Эти устройства могут использоваться в баках с топливом и в цистернах с водой – иными словами, в емкостях с разными типами сред, вне зависимости от их температуры и плотности;
• Магнитные. Представляют собой мерную трубку с поплавком и встроенным магнитом. Создается одинаковый уровень жидкости в резервуаре и трубке, а магнит в устройстве действует на магнитный указатель, установленный снаружи. Эти приборы могут применяться для разных типов жидкостей, за исключением нефтепродуктов;
• Визуальные оснащены смотровым стеклом и часто применяются в паровых котельных или на химическом производстве;
• Гидростатические могут быть врезными и погружными, позволяют измерять уровень даже при высоком давлении рабочей среды вне зависимости от типа жидкости. Подходят для однородных сред в водоемах, хранилищах, скважинах, промышленных резервуарах.

Виды гидростатических уровнемеров

Датчики уровня гидравлического типа выполняются в двух конструкционных вариантах.

Первый вариант исполнения – погружные преобразователи давления, что представляют собой 2 блока, объединенных компенсационным кабелем. Измерительный блок – это погружной зонд. Они используются для скважин, колодцев, открытых резервуаров, водоемов. Также подходят для безнапорных баков.  Устройства изготавливаются из разных материалов. Корпус может быть нержавеющим стальным или полимерным, а чувствительная мембрана – стальной или керамической. В оболочке компенсационного кабеля проходит трубка опорного давления, и она может быть тефлоновой, полиуретановой или из ПВХ.

Второй вариант – врезной преобразователь, подходящий для горизонтальной установки в стенку резервуара. В них предусмотрена открытая торцевая мембрана. Также модели могут быть контактными и бесконтактными.

Также модели классифицируются по:

• Способу присоединения: погружные, врезные, фланцевые;
• Типу измеряемой среды: неагрессивная или агрессивная, густая, абразивная и так далее;
• Способу связи с атмосферой: для закрытых и открытых резервуаров.

Классификация датчиков

Используемые в промышленности способы их производства позволяют поделить все выпускаемые типы датчиков на две большие группы: одноемкостные и двухъемкостные. Последняя разновидность подразделяется на дифференциальные и полудифференциальные. Расмотрим их более подробно.

Одноемкостный прибор. В этом случае схемы емкостных датчиков просты до крайности, так как основной их частью является самый обычный конденсатор с переменной емкостью. К сожалению, даже слегка повышенная влажность и температура оказывают на точность показаний весьма ощутимое влияние. Из-за этого нередко возникают различные неисправности датчиков. Чтобы нивелировать величины таких погрешностей, приходится использовать дифференцированные конструкции.

Двухъемкостный датчик. Собственно, он-то и является такой дифференцированной структурой. Очень часто можно встретить емкостной датчик уровня, изготовленный именно по такой схеме. Эти приборы избавлены от основных недостатков предыдущей модели, но имеют собственные слабые стороны. Наиболее значимым их недостатком является необходимость использования двух-трех экранированных проводов между самим устройством и поверхностью, так как только таким способом можно подавить так называемые паразитные емкости.

Впрочем, на довольно сложные схемы емкостных датчиков в этом случае легко не обращать внимания, так как взамен вы получаете чрезвычайно точный и чувствительный прибор.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ И ОСОБЕННОСТИ ВЫБОРА

Сфера применения распространяется на воду и водные растворы, нефтепродукты и смазочные материалы, пищевые напитки и стоки. При достаточной защищенности корпуса или бесконтактном замере такие датчики отслеживают уровень щелочей, кислот и вязких сред, включая агрессивные. Один и тот же тип датчика при этом может использоваться для разных целей.

В частности, при работе с водой и любыми невязкими жидкостями отличные результаты обеспечивают ультразвуковые, поплавковые, вибрационные, оптические, емкостные и гидростатические сигнализаторы и уровнемеры.

При работе с растворами кислот предпочтение отдается емкостным, вибрационным и герконовым датчикам. Для контроля пенных или липких сред лучше всего подходят емкостные радиочастотные приборы. При высокой вязкости рабочей среды помимо них стоит использовать вибрационные или ультразвуковые бесконтактные разновидности.

При подборе конкретного прибора последовательно учитывается:

• состав и физико-химические параметры рабочей жидкости;
• объем, форма и материал стенок резервуаров (некоторые датчики требуют врезки в стенки, что не всегда допустимо);
• потребность в постоянном мониторинге или допустимость использования сигналов о достижении предельных значений;
• коммутационные и интеграционные возможности приборов, требования к монтажу и обслуживанию.

При выборе датчиков для бытовых целей предпочтение отдается энергонезависимым, неприхотливым, надежным и долговечным устройствам. Большинство частных задач (отслеживание уровня воды насоса, колодца, бассейна) решает поплавковый кабельный датчик.

При необходимости постоянного контроля уровня воды в скважине устанавливаются гидростатические уровнемеры или сигнализаторы. Остальные разновидности использовать для этих целей нецелесообразно.

  *  *  *

2014-2020 г.г. Все права защищены.Материалы сайта имеют ознакомительный характер и не могут использоваться в качестве руководящих и нормативных документов.

Что такое шкала Allrivers по рекам республики Беларусь?

Уровни воды в Республике Беларусь измеряет Белгидромет. Информация публикуется на их сайте pogoda.by, однако точные значения уровней воды они не показывают. Эта информация платная. Бесплатно доступны только изменения уровня за последний месяц. Мы собирали эти данные несколько лет, и на основе сравнения с данными гидрологических ежегодников, средними значениями, критическими отметками, примерно «на глазок» привели их к общему знаменателю, то есть создали некую шкалу отсчета Allrivers. Единица измерения — сантиметры от абстрактного нуля поста. Эта шкала не соответствует на 100% реальной системе отсчетов, хотя кое-что может и совпадать. Соотношение между годами на одном и том же гидропосте правильное. Ошибки могут быть в систематическом завышении или занижении данных на постоянную величину. Для получения достоверно точных значений обращайтесь в Белгидромет. Приведенные значения нулей поста соответствуют высоте, которую показывает Google Earth в приблизительном месте нахождения гидропоста. Наши данные могут быть полезны для того, чтобы сравнить текущий уровень воды с данными других лет по шкале Allrivers.

Информация для заказа датчиков уровня Hydrobar-Cable-FR

Пример: Hydrobar-cable(6м)-C

Погружной датчик уровня (уровенемер) с кабелем 6 метров. Диапазон измерения 0-0.4…0.7 бар, максимальная перегрузка по давлению 6.4 бар.

Принцип работы гидростатических датчиков уровня (гидростатических уровнемеров)

Работа гидростатических датчиков уровня, предназначенных для контроля уровня жидкости в резервуарах, основана на измерении разницы давления столба жидкости и атмосферного давления. По сути, они измеряют не только давление внутри рабочей среды, но и за пределами резервуара (атмосферное), чтобы скомпенсировать на эту величину данные о высоте столба жидкости.

В герметично закрытой емкости в свободном пространстве между уровнем жидкости и верхней стенкой сосуда возникает то самое избыточное давление, которое используется для измерений и позволяет гидростатическому уровнемеру контролировать уровень жидкости. Давление в открытой емкости и за ее пределами будет одинаковым.

Для получения данных датчик должен быть непосредственно погружен в рабочую среду или соприкасаться с жидкостью своим чувствительным элементом. При помощи капиллярной трубки он соединяется с внешней средой. При этом на показания гидростатических датчиков (преобразователей) уровня жидкости не влияют ни ее физические свойства, ни габариты резервуара.

Виды датчиков уровня гидростатического давления

По типу присоединения к емкости различают погружные, врезные и фланцевые гидростатические датчики уровня, отличающиеся между собой как конструктивно, так и по сфере применения того или иного датчика уровня.

Устройства погружного типа, как это понятно из их названия, предназначены для проведения измерений уровня жидкости методом погружения чувствительного элемента прибора в рабочую среду. В отличие от них фланцевые датчики гидростатического давления располагаются в нижней части резервуара и используются для контроля минимального уровня жидкости. Врезные датчики обычно используют для контроля уровня наполнения открытых резервуаров.

Использование в промышленности гидростатических уровнемеров (датчиков уровня)

Гидростатические датчики (преобразователи) уровня широко используются в химической, нефтяной, пищевой, фармацевтической промышленности, ими оснащают трубопроводы, системы кондиционирования, канализационные очистные резервуары. Гидростатические датчики (преобразователи) уровня воды подходят для измерения уровня воды в колодцах и системах водоподготовки.

Гидростатические датчики  уровня жидкости, воды Вы можете купить в Санкт-Петербурге (СПб), Москве, Казани, Нижнем Новгороде, Челябинске, Новосибирске, Екатеринбурге, Самаре, Омске, Уфе, Ростове, Перми, Воронеже, Волгограде и других городах России.

Гидростатические датчики уровня Мераприбор, STS и Trafsg — Достойная альтернатива гидростатическим датчикам уровня жидкости таких известных брендов, как Бд Сенсорс (Bd Sensors), Данфосс (Danfoss), Вика (Wika), Келлер (Keller), Аплисенс (Aplisens).

Гидростатические датчики уровня, их применение по отраслям:

На все гидростатические датчики уровня, которые вы можете купить в компании Полтраф СНГ получены сертификаты типа СИ.

Разновидности датчиков

Все уровнемеры классифицируются по принципу их действия. Основные типы измерительных устройств:

1. Поплавковый. Это самый простой вариант измерения уровня воды в баке. Конструкция поплавкового уровнемера включает в себя 2 геркона, магнит и поплавок. Когда уровень жидкости увеличивается, поплавок поднимается до первого геркона, который отключает реле двигателя. Если резервуар опустошается, поплавок опускается до второго геркона, который запускает реле и включает насос, перекачивающий жидкость из скважины. Герконовый датчик предельного уровня жидкости можно сделать своими руками. При этом он будет работать, даже если в резервуаре будет объемный слой пены.
2. Ультразвуковой. Эта разновидность измерительных устройств применяется как для сухой, так и для жидкой среды. Ультразвуковые датчики могут иметь дискретный или аналоговый выход. То есть приспособление может постоянно контролировать уровень воды или ограничивать наполнение емкости при достижении конкретной точки. Такой уровнемер состоит из приемника, УЗ-излучателя и контроллера, отвечающего за обработку сигнала. Сигнализаторы ультразвукового типа являются беспроводными и бесконтактными, поэтому их можно устанавливать даже во взрывоопасных и агрессивных жидкостях.
3. Электродный (кондуктометрический). Такие уровнемеры не подходят для емкостей с дистиллированной водой. Стандартная конструкция оснащена трехуровневым сигнализатором, в котором наполнение резервуара контролирует пара электродов, а третий — предназначен для аварийных ситуаций, для запуска режима активной откачки.
4. Емкостный. С использованием таких уровнемеров можно точно идентифицировать предельное наполнение резервуара. Они подходят как для жидкостей, так и для сыпучих субстанций. Емкостные уровнемеры функционируют по такому же принципу, что и конденсаторы: измерение выполняется между пластинками чувствительного элемента. При достижении пикового значения на контроллер отсылается соответствующий сигнал. Иногда емкостные сигнализаторы работают по принципу «сухого контакта», при котором устройство срабатывает через стенку резервуара. Эти приспособления могут эффективно работать в очень обширном диапазоне температур, на их функционирование не влияет электромагнитное излучение. Такие эксплуатационные свойства расширяют область использования емкостных уровнемеров.
5. Радарный. Эта разновидность сигнализаторов является универсальной, так как она работает с любыми видами технологических сред, включая взрывоопасные и агрессивные жидкости. При этом показания не будут изменяться под воздействием температуры и давления. Прибор излучает радиоволны в определенном частотном диапазоне. Приемник улавливает отраженный радиосигнал и определяет заполненность резервуара, руководствуясь периодом задержки сигнала. На датчик-измеритель не влияет температура и давление. Запыленность технологической среды тоже не сказывается на показаниях. Специалисты отмечают, что радарные приспособления обладают максимальной точностью, так как их погрешность не превышает 1 мм.
6. Гидростатический. Этот тип сигнализатора позволяет измерять как текущее, так и предельное наполнение емкостей. Принцип работы гидростатического устройства базируется на измерении давления столба жидкости. Популярность таких датчиков обусловлена небольшой ценой и достаточной точностью.

Схема модуля датчика и модуля отображения

Схема модуля датчика основана на измерении времени заряда датчика. Чем выше уровень топлива, тем выше емкость датчика, тем больше времени потребуется для заряда датчика (конденсатора). Работает схема следующим образом. Используется встроенный в микроконтроллер ATMega8A аналоговый компаратор.
На вход компаратора PD7 подается половина напряжения питания через резистивный делитель R3,R4. В момент, когда датчик зарядится до этого напряжения, сработает компаратор. На ноге PD6 устанавливается логический «0». Датчик разряжается через резистор R2. После чего выход PD6 переключается и работает как вход компаратора, запускается таймер, а датчик начинает заряжаться через резистор R1. При достижении напряжения установленного на входе PD7, срабатывает компаратор, таймер останавливается. Показания таймера используются для вычислений. Для обеспечения стабильности микроконтроллер должен тактироваться кварцем. Чем больше частота, на которой работает контроллер, тем выше точность измерения. В нашей схеме ATMega8A тактируется кварцем 16Мгц. Измерения выполняются постоянно, усредняются и один раз в секунду отправляются по последовательному порту UART на скорости 9600 в виде числового значения. На этом функции модуля датчика и заканчиваются.

В качестве датчика я использовал две полоски из фольгированного текстолита толщиной 1.5мм размерами: 290×20 мм. Полоски склеены между собой фольга к фольге через небольшие непроводящие прокладки. Расстояние между пластинами 1.5 мм. Их можно делать практически любой длины. При необходимости можно обрезать

Особо важно обеспечить равномерный зазор между пластинами по всей длине  «конденсатора»

Отображением полученных от модуля емкостного датчика данных занимается модуль отображения. Этот модуль можно спроектировать в соответствии с Вашими требованиями. Данные можно выводить на светодиодную линейку, на дисплей, как в нашем случае, на стрелочный индикатор или любое другое устройство отображения. При необходимости модуль датчика можно подключить к компьютеру через такой  переходник.

Модуль отображения работает следующим образом. Данные в числовом виде принимаются от модуля датчика по порту UART на скорости 9600, рассчитываются показания уровня топлива и выводятся на дисплей. Но для того, чтобы выполнить корректный пересчет, модулю отображения потребуется знать как минимум два значения датчика — числовое показание датчика при пустом баке и числовое показание датчика при полном баке. Для этого, после установки датчика выполняется процедура калибровки прибора. Модуль отображения запоминает показания при пустом и полном баке, сохраняет в своей энергонезависимой памяти и в соответствии с этими данными выполняет пересчет. Поскольку от модуля не требуется особого быстродействия, его микроконтроллер ATMega8A работает на частоте 2Мгц от встроенного RC-генератора.

Процедура калибровки прибора:

• топливный бак должен быть пуст, прибор выключен
• нажмите и удерживайте кнопку
• включите питание прибора
• отпустите кнопку
• на экране появится «SET 0». Убедитесь, что бак пуст и нажмите кнопку
• на экране появится «SET 100». Залейте полный бак топлива и нажмите кнопку
• калибровка завершена

Пример печатных плат:

Плата модуля датчика

Плата модуля дисплея

Это наиболее простой вариант модуля отображения. В перспективе можно создать модуль с возможностью тарирования. Т.е. указать прибору не только два крайних значения при пустом и полном баке, а несколько промежуточных, которые учитывали бы особенности формы бака. Такой подход позволит не только отображать уровень топлива, но и рассчитывать оставшееся количество топлива в литрах. А также, при необходимости, вести ориентировочный расчет времени работы двигателя на текущем остатке топлива.

Фьюзы (Fuses) для модуля датчика:

Фьюзы (Fuses) для модуля отображения (дисплея):

Успехов!

P.S. Видео теста прототипа:

Области применения гидростатических датчиков уровня

Гидростатические датчики уровня воды насчитывают несколько типов, которые оптимизированы оптимизированных для  выполнение определенного круга задач. При этом гидростатические уровнемеры, применяются с жидкостями различной структуры и плотности. Сферы использования гидростатических уровнемеров:

• Нефтегазовая промышленность в сфере контроля в отношении топлива и нефтепродуктов
• Химическая и фармацевтическая промышленность (оценка количества жидких продуктов, в том числе и агрессивных жидкостей)
• Сельское хозяйство — грунтовые воды
• Коммунальное хозяйство — канализация, водоподача
• Экологическое наблюдение за колодцами с технической водой, контроль воды в резервуарах предприятий и населенных пунктов, наблюдение за естественными и искусственными водоемами
• Металлургия и добывающая промышленность — грунтовые воды, промысловые скважины
• Рыбные хозяйства
• Морской флот

Выводы

Вот мы и рассмотрели основные характеристики приборов такого уровня, узнали о сферах их применения, об особенностях конструкции, принципе действия и возможных технических решениях. Как вы могли понять из статьи, распространенность емкостных датчиков и их крайне высокая популярность основываются на весьма привлекательной цене таких устройств и долгом сроке эксплуатации даже в сложных условиях внешней среды.

Все это возможно благодаря тому, что, с конструктивной точки зрения, все эти измерители являются всего лишь стандартными конденсаторами, которые характеризуются несколько необычным способом их применения. Впрочем, вы и сами можете это выяснить, еще раз взглянув на математические формулы, которые в общих чертах отражают принципы работы КИПов.