Šķidruma līmeņa sensori tvertnē ļauj gan veikt uzpildītā šķidruma daudzuma pašreizējo mērījumu, gan ziņot par tā robežvērtību sasniegšanu. Šādas ierīces sastāv no jutīga sensora, kas reaģē uz noteiktiem fiziskiem parametriem, un mērīšanas, vadības un indikācijas ķēdēm. Atkarībā no pielietojuma tiek izmantotas ierīces, kas atšķiras pēc to darbības principa.
Rakstā sniegtā informācija palīdzēs jums uzzināt par dažāda veida sensoru darbības principiem un to pielietojuma jomām. Tiks veikts īss to priekšrocību un trūkumu apskats, norādīti galvenie tirgū sevi pierādījušie ražotāji.
Ierīču klasifikācija
Šķidruma līmeņa sensori tvertnē var būt līmeņa mērītāji vai signalizācijas ierīces. Pirmie no tiem ir paredzēti nepārtrauktai šķidruma līmeņa mērīšanai pašreizējā brīdī.laiks. Viņi izmanto sensorus, kas darbojas pēc dažādiem fiziskiem principiem. No tiem nākošo signālu turpmāka apstrāde tiek veikta ar analogajām vai digitālajām elektroniskajām shēmām, kas ir daļa no līmeņa mērierīcēm. Iegūtie indikatori tiek parādīti displeja elementos.
Signalizācijas ierīces brīdina par noteiktas šķidruma līmeņa sasniegšanu tvertnē, kas iepriekš iestatīta ar iestatīšanas elementiem. To cits nosaukums ir ūdens līmeņa sensori tvertnē, lai izslēgtu tā turpmāko padevi. Viņu izejas signāls ir diskrēts. Brīdinājums var tikt izdots gaismas vai skaņas signāla veidā. Šādā gadījumā uzpildes vai iztukšošanas sistēmu darbība tiek automātiski bloķēta.
Līmeņa mērīšanas metodes
Atkarībā no tvertnē mērāmā šķidruma īpašībām tiek izmantotas šādas mērīšanas metodes:
- kontakts, kurā šķidruma līmeņa sensors tvertnē vai tās daļā tieši mijiedarbojas ar mērīto vidi;
- bezkontakta, izvairoties no sensora tiešas mijiedarbības ar šķidrumu (tā agresīvo īpašību vai augstās viskozitātes dēļ).
Kontaktierīces atrodas tvertnē tieši uz mērītā šķidruma virsmas (peld), tā dziļumā (hidrostatiskie spiediena mērītāji) vai uz tvertnes sienas noteiktā augstumā (plākšņu kondensatori). Bezkontakta skaitītājiem (radars, ultraskaņa) ir jānodrošina izmērītā šķidruma virsmas tiešas redzamības zona un tieša kontakta trūkums arviņa.
Darbības principi
Gan līmeņa mērītāji, gan signalizācijas ierīces savu funkciju veikšanai izmanto dažādus darbības principus. Visplašāk tiek izmantotas šāda veida ierīces:
- peldošie sensori šķidruma līmenim tvertnē;
- kapacitatīvs;
- hidrostatiskie šķidruma līmeņa sensori;
- radara tipa ierīces;
- ultraskaņas sensori.
Pludiņš savukārt var būt mehānisks, diskrēts un magnetostriktīvs. Pirmajās trīs sensoru grupās ietilpst ierīces, kas izmanto kontakta mērīšanas metodi, pārējās divas ir bezkontakta ierīces.
Mehāniskie pludiņslēdži
Viegls pludiņš, kas pastāvīgi atrodas uz šķidruma virsmas tvertnē, ar mehānisku sviru sistēmu ir savienots ar potenciometra vidējo spaili, kas ir pretestības tilta svira. Ja tvertnē ir minimāls šķidruma daudzums, tilts tiek uzskatīts par līdzsvarotu. Tās mērīšanas diagonālē nav sprieguma.
Kad tvertne piepildās, pludiņš uzrauga šķidruma līmeņa stāvokli, pārvietojot potenciometra kustīgo kontaktu caur sviras sistēmu. Potenciometra pretestības maiņa noved pie tilta līdzsvarotā stāvokļa pārkāpuma. Spriegumu, kas parādās tā mērīšanas diagonālē, izmanto displeja sistēmas elektroniskā shēma. Tā analogie vai digitālie rādījumi atbilst šķidruma daudzumam tvertnē pašreizējā laikā.
Diskrēti pludiņslēdži
Diskrēts signāls ķēdes veidāvai niedru slēdža kontaktu atvēršanu izmanto elektroniskā indikācijas un signalizācijas ķēde, lai paziņotu, ka šķidruma līmenis tvertnē ir sasniedzis noteiktu vērtību. Metāla kontakti, kas izgatavoti no materiāla ar zemu kontakta pretestību, kad tie ir aizvērti, ir ievietoti dobā izolētā stikla spuldzē.
Ūdens līmeņa sensors tvertnē ar atsevišķu izvadi ietver vadotni dobas caurules veidā, kurā neietilpst šķidrums no tvertnes. Viena vai vairāku niedru releju kontakti ir fiksēti vadotnes iekšpusē. To atrašanās vieta ir atkarīga no gadījuma, kad nepieciešams saņemt trauksmi, kad šķidruma līmenis sasniedz iestatīto vērtību.
Sensora pludiņš ar tajā iebūvētu mazu pastāvīgo magnētu pārvietojas pa vadotni, mainoties šķidruma līmenim tvertnē. Kontaktu grupas darbība notiek brīdī, kad tā nonāk pludiņa pastāvīgā magnēta magnētiskajā laukā. Signāls caur vadiem, kas savienoti ar ūdens līmeņa sensora kontaktiem niedres slēdža tvertnē, nonāk trauksmes ķēdē.
Magnetostriktīvie pludiņa sensori
Šāda veida sensori nodrošina pastāvīgu signālu atkarībā no šķidruma līmeņa tvertnē. Galvenais elements, tāpat kā iepriekšējā gadījumā, ir pludiņš ar pastāvīgo magnētu iekšpusē, kas ieņem savu pozīciju uz šķidruma virsmas un pārvietojas vertikālā plaknē pa vadotni.
Vadītāja iekšējo dobumu, kas izolēts no šķidruma, aizņem viļņvads. Tas ir izgatavots no magnetostriktīvasmateriāls. Elementa apakšā ir strāvas impulsu avots, kas izplatās pa to.
Kad izstarotais impulss ar magnētu sasniedz pludiņa atrašanās vietu, mijiedarbojas divi magnētiskie lauki. Šīs mijiedarbības rezultāts ir mehānisku vibrāciju rašanās, kas izplatās atpakaļ pa viļņvadu.
Blakus impulsu ģeneratoram ir fiksēts pjezoelektriskais elements, kas uztver mehāniskās vibrācijas. Ārējā elektroniskā shēma analizē laika aizkavi starp izstarotajiem un saņemtajiem impulsiem un aprēķina attālumu līdz pludiņam, kas pastāvīgi atrodas uz šķidruma virsmas. Indikācijas ķēde pastāvīgi ziņo par šķidruma līmeni tvertnē.
Kapacitatīvie sensori
Šā tipa sensoru darbība balstās uz kondensatora īpašībām mainīt tā elektrisko kapacitāti, mainoties materiāla dielektriskajai konstantei, kas aizpilda telpu starp tā plāksnēm. Tiek izmantoti koaksiālie kondensatori, kas ir dažāda diametra koaksiālo dobu metāla cilindru pāris.
Pēdējās ir kondensatora plāksnes, starp kurām šķidrums var brīvi iekļūt. Gaisa un šķidrās vides dielektriskajām konstantēm ir dažādas vērtības. Uzpildot tvertni, mainās koaksiālā kondensatora kopējās dielektriskās konstantes vērtība un attiecīgi arī tā elektriskā kapacitāte.
Svārstību ķēdes frekvence, collasķēde, kurai pievienots kondensators, mainās proporcionāli tā kapacitātes izmaiņām. Elektroniskais frekvences/sprieguma pārveidotājs uzrauga šīs izmaiņas un parāda vērtību, kas ir proporcionāla tvertnes piepildījuma pakāpei.
Hidrostatiskie sensori
Cits šādas ierīces nosaukums ir detektors vai spiediena devējs. Tie var būt stacionāri, piestiprināti ar šķidrumu pildītas tvertnes apakšā vai pārnēsājami. Pēdējā gadījumā spiediena devēji ir aprīkoti ar ievērojama garuma kabeli. Tas ļauj tos izmantot dažādu ģeometrisko izmēru tvertnēm.
Hidrostatiskā sensora jutīgais elements ir membrāna, kas uztver virs tās esošās šķidruma kolonnas spiedienu. Tā regulēšana tiek veikta tā, lai atmosfēras spiediens neizraisītu membrānas deformāciju. Spiedienu mērīšanas punktā var izmantot, lai noteiktu šķidruma kolonnas augstumu vai tvertnes piepildījuma pakāpi.
Membrānas deformācijas apjoms tiek pārvērsts elektriski proporcionālā vērtībā, ko pēc tam izmanto, lai parādītu šķidruma līmeni tvertnē. Tiek piemērotas korekcijas, kas ņem vērā izmērītās vides blīvumu un gravitācijas paātrinājumu mērīšanas punktā.
Radara tipa sensori
Tvertnes šķidruma līmeņa sensors izmanto bezkontakta mērīšanas metodi, kuras pamatā ir jebkura blīvuma šīs vides īpašībasun viskozitāte, lai atspoguļotu elektrisko signālu. Radara izstarotā signāla frekvence, kas atrodas virs izmērītā šķidruma līmeņa virsmas, mainās saskaņā ar lineāru likumu.
Atspoguļojot no virsmas, tas nonāk uztverošajā ierīcē ar kavēšanos, ko nosaka nobrauktā ceļa garums. Tādējādi pastāv atšķirība starp abu signālu frekvencēm. Pēc frekvences nobīdes lieluma lokatora analizējošā ierīce nosaka signāla noieto ceļu vai atstarojošā šķidruma līmeni attiecībā pret radara atrašanās vietu.
Ultraskaņas līmeņa sensori
Šā tipa sensoriem izmantotā mērījumu shēma atbilst raksta iepriekšējā sadaļā apskatītajai. Lokācijas noteikšanas metode tiek izmantota ultraskaņas viļņu garuma diapazonā.
Saņemtie dati nosaka laika starpību starp raidīto raidītāju un uztvērēja saņemtajiem signāliem. Izmantojot datus par ultraskaņas izplatīšanās ātrumu telpā virs šķidruma virsmas, analīzes ierīce nosaka signāla nobraukto attālumu vai šķidruma līmeni tvertnē.
Īss ražotāju pārskats
Šķidruma līmeņa sensori tvertnē "ARIES" ļauj veikt nepieciešamos mērījumus augstā līmenī. Viņu produktu reklāmas var atrast daudzās ārzemju vietnēs.
Ievērību pelnījusi pašmāju izstrādātāja un ražotāja L-CARD produkcija, kas iekļauta Valsts mērinstrumentu reģistrā. Alta Group, kas Krievijas tirgū darbojas vairāk nekā 10 gadus, irpelnītas pozitīvas atsauksmes.
Secinājums
Šķidruma līmeņa sensori tvertnē jāizvēlas, pamatojoties uz to lietošanas apstākļiem, šķidrumu īpašībām, nepieciešamajiem mērījumu precizitātes rādītājiem. Visprecīzākos rādījumus var iegūt, izmantojot radara tipa sensorus, magnetostriktīvos mērītājus.
Jāatceras, ka absolūta precizitāte prasa lielākas materiālu izmaksas. Pludiņa sensori un signalizācijas ierīces ir visvienkāršākās ierīces, taču to lietošanu ierobežo vibrācijas apstākļi, ko rada šķidruma putošana, tā viskozitāte un vides agresivitāte.
Optimālais risinājums, pamatojoties uz cenas / kvalitātes attiecību, ir hidrostatisko un kapacitatīvo sensoru izmantošana, ievērojot ierobežojumus, kas noteikti mērītā šķidruma īpašībām.
