Как выбрать датчик уровня?

• Введение

Уровнемер — это прибор для непрерывного измерения уровня жидкости. Он может использоваться для определения уровня жидких или сыпучих материалов в определённый момент времени. Он может измерять уровень жидких сред, таких как вода, вязкие жидкости и топливо, а также сухих сред, таких как сыпучие материалы и порошки.

Датчик уровня жидкости может использоваться в различных условиях, например, в контейнерах, резервуарах и даже в реках, бассейнах и колодцах. Эти датчики широко применяются в сфере транспортировки материалов, пищевой промышленности, энергетике, химической промышленности и водоподготовке. Рассмотрим несколько наиболее распространённых измерителей уровня жидкости.

• Погружной датчик уровня

Основанный на принципе пропорциональности гидростатического давления высоте уровня жидкости, погружной датчик уровня использует пьезорезистивный эффект диффузного кремниевого или керамического датчика для преобразования гидростатического давления в электрический сигнал. После температурной компенсации и линейной коррекции сигнал преобразуется в стандартный токовый выходной сигнал 4–20 мА постоянного тока. Чувствительная часть погружного датчика гидростатического давления может быть непосредственно погружена в жидкость, а передающая часть может быть закреплена с помощью фланца или кронштейна, что обеспечивает удобство установки и использования.

Погружной датчик уровня изготовлен из чувствительного элемента из кремния усовершенствованного изоляционного типа, который можно поместить непосредственно в емкость или воду для точного измерения высоты от конца датчика до поверхности воды и вывести уровень воды через ток 4–20 мА или сигнал RS485.

• Магнитный датчик уровня

Конструкция магнитного клапана основана на принципе обводной трубы. Уровень жидкости в основной трубе соответствует уровню жидкости в резервуаре. Согласно закону Архимеда, выталкивающая сила, создаваемая магнитным поплавком в жидкости, и поплавок весов, действующий на уровень жидкости. При изменении уровня жидкости в измеряемом сосуде, вращающийся поплавок в основной трубе уровнемера также поднимается и опускается. Постоянный магнит в поплавке заставляет красно-белый столбик индикатора поворачиваться на 180° через магнитную платформу.

При повышении уровня жидкости поплавок меняет цвет с белого на красный. При понижении уровня жидкости поплавок меняет цвет с красного на белый. Граница между белым и красным соответствует фактическому уровню жидкости в емкости, что позволяет осуществлять индикацию уровня жидкости.

• Магнитострикционный датчик уровня жидкости

Конструкция магнитострикционного датчика уровня жидкости состоит из трубки из нержавеющей стали (измерительного стержня), магнитострикционного провода (волноводного провода), подвижного поплавка (с постоянным магнитом внутри) и т. д. При работе датчика электрическое поле датчика возбуждает импульсный ток на волноводном проводе, а при распространении тока по волноводному проводу вокруг волноводного провода создается магнитное поле импульсного тока.

Поплавок расположен снаружи измерительного стержня датчика и перемещается вверх и вниз вдоль измерительного стержня в соответствии с изменением уровня жидкости. Внутри поплавка находится набор постоянных магнитных колец. Когда магнитное поле импульсного тока встречается с магнитным полем магнитного кольца, создаваемым поплавком, магнитное поле вокруг поплавка изменяется, так что волноводная проволока, изготовленная из магнитострикционного материала, генерирует импульс крутильной волны в месте положения поплавка. Импульс передается обратно по волноводной проволоке с фиксированной скоростью и обнаруживается механизмом обнаружения. Измеряя разницу во времени между передаваемым импульсным током и крутильной волной, можно точно определить положение поплавка, то есть положение поверхности жидкости.

• Радиочастотный датчик уровня материала

Радиочастотная проводимость — это новая технология контроля уровня, разработанная на основе емкостного контроля уровня. Она более надежна, точна и применима. Она представляет собой усовершенствованную версию емкостного контроля уровня.
Так называемая радиочастотная проводимость (РЧА) – это величина, обратная импедансу в электричестве, которая складывается из резистивной, ёмкостной и индуктивной составляющих. Радиочастота – это спектр радиоволн высокочастотного измерителя уровня жидкости, поэтому радиочастотную проводимость можно понимать как измерение проводимости с помощью высокочастотной радиоволны.

При работе прибора датчик прибора формирует значение проводимости со стенкой и измеряемой средой. При изменении уровня материала значение проводимости изменяется соответствующим образом. Блок схемы преобразует измеренное значение проводимости в выходной сигнал уровня материала, обеспечивая измерение уровня материала.

• Ультразвуковой измеритель уровня

Ультразвуковой уровнемер — это цифровой прибор для измерения уровня, управляемый микропроцессором. При измерении импульсная ультразвуковая волна излучается датчиком, а звуковая волна, отражаясь от поверхности объекта, принимается тем же датчиком и преобразуется в электрический сигнал. Расстояние между датчиком и контролируемым объектом рассчитывается по времени между передачей и приёмом звуковой волны.

Преимуществами являются отсутствие механических подвижных частей, высокая надежность, простота и удобство установки, бесконтактное измерение, а также независимость от вязкости и плотности жидкости.

Недостатком является относительно низкая точность и возможность образования слепых зон. Не допускается измерение давления в сосудах и летучих средах.

• Радарный измеритель уровня

Радарный уровнемер работает в режиме передачи и приёма. Антенна радарного уровнемера излучает электромагнитные волны, которые отражаются от поверхности измеряемого объекта и принимаются антенной. Время распространения электромагнитных волн от момента передачи до момента приёма пропорционально расстоянию до уровня жидкости. Радарный уровнемер регистрирует время импульсных волн, а скорость распространения электромагнитных волн постоянна, что позволяет рассчитать расстояние от уровня жидкости до антенны радара и определить уровень жидкости.

На практике радарные уровнемеры жидкости применяются в двух режимах: с частотной модуляцией непрерывного сигнала и с импульсным сигналом. Уровнемер с частотной модуляцией непрерывного сигнала отличается высоким энергопотреблением, четырёхпроводной системой и сложной электронной схемой. Уровнемер с радарной импульсной технологией отличается низким энергопотреблением, может питаться от двухпроводной системы 24 В постоянного тока, легко обеспечивает искробезопасность, высокую точность и широкий спектр применения.

• Волноводный радарный уровнемер

Принцип работы волноводного радарного уровнемера аналогичен принципу работы радарного уровнемера, но он посылает микроволновые импульсы по сенсорному кабелю или стержню. Сигнал достигает поверхности жидкости, возвращается к датчику и достигает корпуса датчика. Электроника, встроенная в корпус датчика, определяет уровень жидкости по времени, необходимому сигналу для прохождения сигнала по датчику и обратно. Такие уровнемеры используются в промышленности во всех областях производственных процессов.