Измерение уровня
Датчики измерения уровня, являющиеся неотъемлемой частью управления технологическими процессами во многих отраслях промышленности, делятся на два основных типа. Точечные датчики измерения уровня используются для обозначения одной дискретной высоты жидкости – заданного уровня. Как правило, этот тип датчика функционирует как высокий уровень тревоги, сигнализирующий о состоянии переполнения, или как маркер низкого уровня тревоги. Датчики непрерывного уровня являются более сложными и могут обеспечивать контроль уровня всей системы. Они измеряют уровень жидкости в пределах диапазона, а не в одной точке, создавая аналоговый выходной сигнал, который напрямую коррелирует с уровнем в емкости. Чтобы создать систему управления уровнем, выходной сигнал подключается к контуру управления технологическим процессом и к визуальному индикатору.
Измерение уровня
• Поплавковые выключатели
• Бесконтактные ультразвуковые датчики
• Контактные ультразвуковые датчики
• Датчики уровня емкости
Поплавковый выключатель
В этих точечных датчиках уровня магнитный поплавок перемещается вместе с поверхностью жидкости, приводя в действие герметичный “геркон” в стержне. Простая конструкция, не требующая технического обслуживания, легко устанавливается; сводит к минимуму удары, вибрацию и давление; и работает с различными средами. Герконовый выключатель может быть однополюсным, однопроходным (SPST) и однополюсным, и двухпроходным (SPDT).
Бесконтактные ультразвуковые датчики
Эти датчики включают в себя процессор аналоговых сигналов, микропроцессор, переключатели диапазона с двоично-десятичным кодированием (BCD) и схему выходного драйвера. Передающие импульсы и управляющий сигнал от микропроцессора направляются через процессор аналоговых сигналов к датчику, который посылает ультразвуковой луч на поверхность жидкости. Датчик обнаруживает эхо-сигнал от поверхности и направляет его обратно в микропроцессор для цифрового представления расстояния между датчиком и уровнем поверхности. Благодаря постоянному обновлению полученных сигналов микропроцессор вычисляет усредненные значения для измерения уровня жидкости.
С помощью датчика непрерывного действия микропроцессор преобразует усредненное значение в аналоговый сигнал от 4 до 20 мА, линейный с уровнем жидкости. Когда эхо-сигнал от уровня не возвращается к датчику в течение 8 секунд, выходной сигнал от системы падает ниже 4 мА, указывая на состояние низкого уровня или пустую трубу. С помощью точечного датчика микропроцессор сравнивает усредненное значение с настройкой переключателя (BCD) и включает выходное реле для индикации высокого или низкого уровня. Потеря сигнала, превышающая 8 секунд, обесточивает реле и восстанавливает их исходное состояние. Электронное оборудование включает полусекундную задержку, которая сводит к минимуму эффекты поверхностной турбулентности.
Контактные ультразвуковые датчики
Низкоэнергетическое ультразвуковое устройство внутри этих датчиков измеряет уровень жидкости в определенной точке. Контактные ультразвуковые датчики, состоящие из датчика и встроенного твердотельного усилителя, не имеют движущихся частей и не требуют калибровки. Как правило, они оснащены клеммными колодками для подключения источника питания и внешних устройств управления. Ультразвуковой сигнал пересекает зазор в полдюйма в датчике, управляя переключением реле, когда зазор содержит жидкость. Уровень чувствительности находится посередине зазора для горизонтально установленных датчиков, в верхней части зазора для вертикально установленных датчиков. Когда жидкость опускается ниже этого уровня, ультразвуковой сигнал ослабевает и в конечном счете переводит реле в исходное состояние.
Эти датчики используются в емкостях или трубах для автоматического управления насосами, электромагнитными клапанами и сигнализациями высокого / низкого давления. Два потребуются для заполнения и опорожнения резервуаров, а также для измерения объемов жидкости. Совместимые с большинством жидкостей, они не подвержены воздействию налета, капель, пены и пара. Однако сильно аэрированные жидкости и жидкости, достаточно вязкие, чтобы закупорить зазор датчика, могут вызвать проблемы.
Датчики уровня емкости
Подобно ультразвуковым датчикам, емкостные датчики могут выполнять точечное или непрерывное измерение уровня. Они используют датчик для контроля изменения уровня жидкости в резервуаре, электронным способом настраивая выходной сигнал на емкостные и резистивные значения, которые преобразуются в аналоговые сигналы. Зонд и стенка сосуда приравниваются к двум пластинам конденсатора, жидкость – к диэлектрической среде. Поскольку сигнал исходит только от изменения уровня, накопление материала на датчике не оказывает никакого эффекта. Для непроводящих сосудов с жидкостью могут потребоваться двойные зонды или внешняя проводящая полоска.
В зонде, который может быть жестким или гибким, обычно используется токопроводящий провод, изолированный ПТФЭ. Использование нержавеющей стали в качестве основного металла зонда обеспечивает дополнительную чувствительность, необходимую для измерения жидкостей, которые не являются проводящими, гранулированными или имеют низкие диэлектрические свойства (диэлектрическая проницаемость менее 4). Гибкие зонды необходимо использовать при недостаточном зазоре для жесткого зонда или в тех случаях, когда требуется очень большая длина. Жесткие зонды обеспечивают более высокую стабильность, особенно в турбулентных системах, где покачивание зонда может вызвать колебания сигнала.