Snímače hladiny kvapalín v nádrži vám umožňujú vykonávať aktuálne meranie množstva naplnenej kvapaliny a hlásiť dosiahnutie jej limitných hodnôt. Takéto zariadenia pozostávajú z citlivého snímača, ktorý reaguje na určité fyzikálne parametre, a z meracích, riadiacich a indikačných obvodov. V závislosti od aplikácie sa používajú zariadenia, ktoré sa líšia princípom fungovania.
Informácie uvedené v článku vám pomôžu dozvedieť sa o princípoch fungovania rôznych typov snímačov a oblastiach ich použitia. Urobí sa krátky prehľad ich výhod a nevýhod, budú uvedení hlavní výrobcovia, ktorí sa osvedčili na trhu.
Klasifikácia spotrebičov
Snímače hladiny kvapaliny v nádrži môžu byť hladinomery alebo signalizačné zariadenia. Prvé z nich sú určené na nepretržité meranie hladiny kvapaliny v aktuálnom okamihu.čas. Používajú senzory, ktoré fungujú na rôznych fyzikálnych princípoch. Ďalšie spracovanie signálov, ktoré z nich prichádzajú, je vykonávané analógovými alebo digitálnymi elektronickými obvodmi, ktoré sú súčasťou hladinomerov. Získané indikátory sa zobrazia na prvkoch displeja.
Signalizačné zariadenia upozorňujú na dosiahnutie určitej hodnoty hladiny kvapaliny v nádrži, prednastavenej nastavovacími prvkami. Ich ďalším názvom sú snímače hladiny vody v nádrži na vypnutie jej ďalšieho prívodu. Ich výstupný signál je diskrétny. Výstraha môže byť vydaná vo forme svetelného alebo zvukového poplachu. V takom prípade sa automaticky zablokuje činnosť plniaceho alebo vypúšťacieho systému.
Metódy merania hladiny
V závislosti od vlastností kvapaliny, ktorá sa má v nádrži merať, sa používajú nasledujúce metódy merania:
- kontakt, v ktorom snímač hladiny kvapaliny v nádrži alebo jej časti priamo interaguje s meraným médiom;
- bezkontaktné, zabraňujúce priamej interakcii snímača s kvapalinou (kvôli jej agresívnym vlastnostiam alebo vysokej viskozite).
Kontaktné zariadenia sú umiestnené v nádrži priamo na hladine meranej kvapaliny (plávajú), v jej hĺbke (hydrostatické tlakomery), alebo na stene nádrže v určitej výške (doskové kondenzátory). Pre bezkontaktné merače (radarové, ultrazvukové) je potrebné zabezpečiť zónu priamej viditeľnosti povrchu meranej kvapaliny a absenciu priameho kontaktu sju.
Princípy fungovania
Hladinomery aj signalizačné zariadenia využívajú na vykonávanie svojich funkcií rôzne princípy činnosti. Najpoužívanejšie sú tieto typy zariadení:
- plavákové snímače hladiny kvapaliny v nádrži;
- kapacitné;
- hydrostatické snímače hladiny kvapaliny;
- zariadenia typu radar;
- ultrazvukové senzory.
Float môže byť mechanický, diskrétny a magnetostrikčný. Prvé tri skupiny snímačov zahŕňajú zariadenia využívajúce kontaktnú metódu merania, ďalšie dve sú bezkontaktné zariadenia.
Mechanické plavákové spínače
Ľahký plavák, neustále na hladine kvapaliny v nádrži, je sústavou mechanických páčok spojený so strednou svorkou potenciometra, ktorá je ramenom odporového mostíka. Pri minimálnom množstve kvapaliny v nádrži sa most považuje za vyvážený. Na jej meracej uhlopriečke nie je žiadne napätie.
Keď sa nádrž plní, plavák sleduje polohu hladiny kvapaliny pohybom pohyblivého kontaktu potenciometra cez pákový systém. Zmena odporu potenciometra vedie k narušeniu rovnovážneho stavu mostíka. Napätie, ktoré sa objaví v jeho meracej uhlopriečke, využíva elektronický obvod zobrazovacieho systému. Jeho analógové alebo digitálne hodnoty zodpovedajú množstvu kvapaliny v nádrži v aktuálnom čase.
Diskrétne plavákové spínače
Diskrétny signál vo forme obvodualebo rozopnutie kontaktov jazýčkového spínača využíva elektronický indikačný a signalizačný obvod na upozornenie, že hladina kvapaliny v nádrži dosiahla určitú hodnotu. Kovové kontakty, ktoré sú vyrobené z materiálu s nízkym prechodovým odporom, keď sú zopnuté, sú umiestnené v dutej izolovanej sklenenej banke.
Snímač hladiny vody v nádrži s diskrétnym výstupom obsahuje vodidlo vo forme dutej trubice, do ktorej nevniká kvapalina z nádrže. Kontakty jedného alebo viacerých jazýčkových relé sú upevnené vo vnútri vedenia. Ich umiestnenie závisí od prípadu, kedy je potrebné prijať alarm, keď hladina kvapaliny dosiahne nastavenú hodnotu.
Plavák snímača s malým zabudovaným permanentným magnetom sa pohybuje pozdĺž vodidla, keď sa mení hladina kvapaliny v nádrži. K činnosti kontaktnej skupiny dochádza v okamihu, keď vstúpi do magnetického poľa permanentného magnetu plaváka. Signál cez vodiče pripojené ku kontaktom snímača hladiny vody v nádrži jazýčkového spínača ide do obvodu alarmu.
Magnetostrikčné plavákové senzory
Snímače tohto typu poskytujú konštantný signál v závislosti od hladiny kvapaliny v nádrži. Hlavným prvkom, rovnako ako v predchádzajúcom prípade, je plavák s permanentným magnetom vo vnútri, ktorý zaujme svoju polohu na povrchu kvapaliny a pohybuje sa vo vertikálnej rovine pozdĺž vodidla.
Vnútornú dutinu vedenia, izolovanú od kvapaliny, zaberá vlnovod. Je vyrobený z magnetostrikčného materiálumateriál. V spodnej časti prvku je zdroj prúdových impulzov, ktoré sa pozdĺž neho šíria.
Keď vyžarovaný impulz dosiahne miesto plaváka s magnetom, interagujú dve magnetické polia. Výsledkom tejto interakcie je výskyt mechanických vibrácií, ktoré sa šíria späť pozdĺž vlnovodu.
Vedľa generátora impulzov je upevnený piezoelektrický prvok, ktorý zachytáva mechanické vibrácie. Externý elektronický obvod analyzuje časové oneskorenie medzi emitovanými a prijatými impulzmi a vypočítava vzdialenosť k plaváku, ktorý je neustále na hladine kvapaliny. Indikačný obvod neustále hlási hladinu kvapaliny v nádrži.
Kapacitné senzory
Fungovanie snímačov tohto typu je založené na vlastnostiach kondenzátora meniť svoju elektrickú kapacitu, keď sa mení dielektrická konštanta materiálu, ktorý vypĺňa priestor medzi jeho doskami. Používajú sa koaxiálne kondenzátory, ktoré sú párom koaxiálnych dutých kovových valcov rôznych priemerov.
Posledne menované sú kondenzátorové dosky, medzi ktoré môže voľne prenikať kvapalina. Dielektrické konštanty vzduchu a kvapalného média majú rôzne hodnoty. Naplnenie nádrže vedie k zmene hodnoty celkovej dielektrickej konštanty koaxiálneho kondenzátora a tým aj jeho elektrickej kapacity.
Frekvencia oscilačného obvodu, inobvod, do ktorého je zapojený kondenzátor, sa mení úmerne so zmenou jeho kapacity. Elektronický frekvenčný/napäťový menič túto zmenu sleduje a zobrazuje hodnotu úmernú stupňu naplnenia nádrže.
Hydrostatické senzory
Iným názvom pre takéto zariadenie je detektor alebo prevodník tlaku. Môžu byť stacionárne, upevnené na dne nádrže naplnené kvapalinou alebo prenosné. V druhom prípade sú prevodníky tlaku vybavené káblom značnej dĺžky. To umožňuje ich použitie pre nádrže rôznych geometrických veľkostí.
Citlivým prvkom hydrostatického senzora je membrána, ktorá vníma tlak stĺpca kvapaliny nad ňou. Jeho nastavenie sa vykonáva tak, aby atmosférický tlak neviedol k deformácii membrány. Tlak v meracom bode možno použiť na určenie výšky stĺpca kvapaliny alebo stupňa naplnenia nádrže.
Množstvo deformácie membrány sa prevedie na elektrickú proporcionálnu hodnotu, ktorá sa potom použije na zobrazenie hladiny kvapaliny v nádrži. Aplikujú sa korekcie, ktoré berú do úvahy hustotu meraného média a gravitačné zrýchlenie v bode merania.
Snímače typu radar
Snímač hladiny kvapaliny v nádrži používa bezkontaktnú metódu merania založenú na vlastnostiach tohto média akejkoľvek hustotya viskozita odrážajúca elektrický signál. Frekvencia vysielaného signálu radaru umiestneného nad hladinou meranej hladiny kvapaliny sa mení podľa lineárneho zákona.
Odráža sa od povrchu a dorazí do prijímacieho zariadenia s oneskorením určeným dĺžkou prejdenej cesty. Existuje teda rozdiel medzi frekvenciami týchto dvoch signálov. Podľa veľkosti frekvenčného posunu určí analyzačné zariadenie lokátora dráhu, ktorú signál prejde, alebo hladinu odrážajúcej kvapaliny vzhľadom na polohu radaru.
Ultrazvukové snímače hladiny
Schéma merania používaná pre senzory tohto typu zodpovedá schéme diskutovanej v predchádzajúcej časti článku. Lokalizačná metóda merania sa používa v rozsahu ultrazvukových vlnových dĺžok.
Prijaté dáta určujú časový rozdiel medzi vysielaným vysielačom a signálmi prijatými prijímačom. Analytické zariadenie pomocou údajov o rýchlosti šírenia ultrazvuku v priestore nad hladinou kvapaliny určí vzdialenosť prejdenú signálom, prípadne výšku hladiny kvapaliny v nádrži.
Stručný prehľad výrobcov
Snímače hladiny kvapalín v nádrži „ARIES“vám umožňujú vykonávať potrebné merania na vysokej úrovni. Reklamu ich produktov nájdete na mnohých zahraničných stránkach.
Pozornosť si zaslúžia produkty domáceho vývojára a výrobcu L-CARD, zaradené do Štátneho registra meradiel. Alta Group, ktorá je na ruskom trhu viac ako 10 rokov, mázaslúžená pozitívna spätná väzba.
Záver
Snímače hladiny kvapalín v nádrži by sa mali vyberať na základe podmienok ich použitia, vlastností kvapalín, požadovaných ukazovateľov presnosti merania. Najpresnejšie hodnoty možno získať pomocou radarových snímačov, magnetostrikčných meračov.
Je potrebné mať na pamäti, že absolútna presnosť si vyžaduje vyššie náklady na materiál. Plavákové snímače a signalizačné zariadenia sú najjednoduchšie zariadenia, ale ich použitie je obmedzené vibračnými podmienkami v dôsledku penenia kvapaliny, jej viskozity a agresivity média.
Optimálnym riešením na základe pomeru cena/kvalita je použitie hydrostatických a kapacitných snímačov s výhradou obmedzení kladených na vlastnosti meranej kvapaliny.
