Поплавковый уровнемер (сигнализатор уровня)

Один из возможных вариантов поплавкового уровнемера представляет собой полый стержень из немагнитного материала, внутри которого размещаются магнитоуправляемые контакты (герконы) верхнего и нижнего уровня. Внутреннее пространство стержня герметично и изолировано от жидкости. По стержню свободно перемещается поплавок со встроенным магнитом. Перемещение поплавка вверх обусловлено действием архимедовой силы, при повышении уровня жидкости в резервуаре поплавок всплывает. Перемещение поплавка вниз обусловлено действием сил всемирного тяготения, когда уровень жидкости падает, поплавок опускается вслед за ней. Перемещение поплавка вверх и вниз ограничено стопорными кольцами. Когда поплавок, с встроенным в него магнитом, доходит до верхнего или нижнего геркона контакты последнего замыкаются. Схема автоматики срабатывает, активируя цепи сигнализации и исполнительные механизмы. Длина стержня у подобных уровнемеров может быть от нескольких десятков сантиметров до 1,5 метров.

 

Достоинство: простая и не дорогая конструкция.

Недостатки: Данный уровнемер имеет жестко настроенные пределы срабатывания, которые не могут быть изменены в процессе эксплуатации. Уровнемер такой конструкции должен монтироваться строго вертикально во избежание "залипания" поплавка.

Поплавковые уровнемеры с регулируемыми порогами выполнены в виде байпаса к резервуару, уровень жидкости в котором контролируется, и работают по принципу сообщающихся сосудов. Уровень жидкости в полом стержне уровнемера такой же, как и в резервуаре. Через нижнее присоединение уровнемера к резервуару в него поступает жидкость, а через верхнее присоединение из уровнемера выходит воздух. Если уровнемер будет присоединен к резервуару только в одной, нижней точке, то уровни жидкости в резервуаре и стержне уровнемера могут не совпадать. Для визуального контроля уровня жидкости в резервуаре полый стержень чаще всего изготавливают из прозрачного материала – например, стеклянной трубки.

Магнитоуправляемые контакты размещаются внутри пластмассовых хомутов, которые могут перемещаться вдоль стержня уровнемера. Настройка порогов срабатывания уровнемера производиться установкой хомутов на нужном расстоянии.

В случае если хомуты с герконами установлены не в крайнее верхнее и не в крайнее нижнее положение может возникнуть следующая ситуация. При пропадании напряжения питания со схемы контроля уровня поплавок, в связи с изменением уровня жидкости, может «проскочить» магнитоуправляемый контакт, но схема автоматики при этом не сработает. После включения напряжения питания никаких аварийных сигналов не поступит, притом, что резервуар в это время может быть уже пустым или, наоборот, переполненным.

Рассмотренные поплавковые уровнемеры имеют ограничения по применению в жидкостях содержащих загрязняющие вещества, так как они могут оседать на поплавке и стержне. Это приведет к заклиниванию поплавка. Для контроля уровня загрязненных жидкостей используют поплавковые уровнемеры других конструктивных исполнений (с штоком, например).

Емкостные уровнемеры

 

Принцип действия емкостных уровнемеров (ЕУ) основан на принципе устройства и работе конденсаторов. Возьмем две металлические пластины, разделенные слоем диэлектрического материала. При подаче электрического тока пластины начнут набирать электрически заряд. Электрическая емкость (количество электрического заряда) будет равна:

,

где С – электрическая емкость; e - диэлектрическая проницаемость материала между пластинами; F - площадь каждого электрода; d - расстояние между электродами.

 

Для работы емкостного уровнемера в контролируемом резервуаре создается конденсатор. Один электрод - специально изготовлен. Вторым электродом является металлический корпус резервуара.

При измерении уровня неэлектропроводных материалов в качестве диэлектрика выступает контролируемый материал. При повышении или понижении уровня происходит изменение величины e - диэлектрической проницаемости материала между пластинами, что приводит к изменению емкости конденсатора, которая контролируется измерительными приборами.

 

Условная схема устройства емкостного уровнемера

а) для неэлектропроводящих материалов; б) для электропроводящих материалов

1 - пластины конденсатора; 2 - диэлектрик; 3 – контрольно-измерительный прибор

 

При измерении уровня электропроводных материалов в качестве второго электрода выступает контролируемый материал. В качестве диэлектрика выступает воздух над контролируемой средой. При изменении уровня контролируемого вещества происходит уменьшение или увеличение расстояния между электродами d. Это приводит изменению емкости конденсатора.

Достоинства ЕУ: высокая чувствительность, большое быстродействие, малые габариты, возможность использования для контроля агрессивных и сыпучих сред.

Недостатки: затруднения при использовании во взрывоопасных средах, невозможность применения для контроля налипающих материалов, настройка на конкретный материал, конкретный резервуар.

 

Манометрические уровнемеры

 

Принцип действия основан на свойстве жидкостей и газов оказывать гидростатическое давление на чувствительный элемент манометрического уровнемера (МУ). Чем выше уровень контролируемого материала, тем большее давление оказывается на чувствительный элемент. Зависимость давления от высоты определяется формулой:

Р=r×g×Н,

где Р - давление контролируемого материала; r - плотность жидкости; Н - высота столба жидкости; g – ускорение свободного падения.

 

На рисунке представлены условные схемы манометрических способов измерения уровня.

 

Манометрические способы измерения уровня:

а) с отбором контролируемой среды; б) мембранный: 1 - мембрана;

2 - импульсная трубка; 3 - измерительный прибор

 

При измерении уровня с отбором контролируемой среды (рис. а) в качестве измерительного прибора используется манометр, проградуированный в единицах уровня. Для точности показаний необходимо устанавливать прибор на дно резервуара.

В мембранном уровнемере (рис. б) чувствительным элементом является мембрана, которая передает давление по импульсной трубке 2 на манометр проградуированный в единицах измерения уровня 3. Импульсная трубка заполнена жидкостью или газом. Для передачи данных в САУ вместо манометра устанавливается датчик давления.

Достоинства МУ: простота конструкции, отсутствие механических систем, возможность работы в агрессивных средах.

Недостатки: индивидуальная настройка, зависимость показаний от температуры.