Snímače hladiny kapaliny v nádrži umožňují jak provádět aktuální měření množství naplněné kapaliny, tak hlásit dosažení jejích limitních hodnot. Taková zařízení se skládají z citlivého senzoru, který reaguje na určité fyzikální parametry, a z měřicích, řídicích a indikačních obvodů. V závislosti na aplikaci se používají zařízení, která se liší principem svého fungování.
Informace uvedené v článku vám pomohou dozvědět se o principech fungování různých typů senzorů a oblastech jejich použití. Bude proveden stručný přehled jejich výhod a nevýhod, budou uvedeni hlavní výrobci, kteří se osvědčili na trhu.
Klasifikace spotřebičů
Snímače hladiny kapaliny v nádrži mohou být hladinoměry nebo signalizační zařízení. První z nich jsou určeny pro kontinuální měření hladiny kapaliny v aktuálním okamžiku.čas. Používají senzory, které fungují na různých fyzikálních principech. Další zpracování signálů z nich přicházejících je prováděno analogovými nebo digitálními elektronickými obvody, které jsou součástí hladinoměrů. Získané indikátory se zobrazují na prvcích displeje.
Signalizační zařízení upozorňují na dosažení určité hodnoty hladiny kapaliny v nádrži, předem nastavené nastavovacími prvky. Jejich dalším názvem jsou čidla hladiny vody v nádrži pro vypnutí jejího dalšího přívodu. Jejich výstupní signál je diskrétní. Výstraha může být vydána ve formě světelného nebo zvukového poplachu. V tomto případě je provoz plnicího nebo vypouštěcího systému automaticky zablokován.
Metody měření hladiny
V závislosti na vlastnostech kapaliny, která má být měřena v nádrži, se používají následující metody měření:
- kontakt, ve kterém snímač hladiny kapaliny v nádrži nebo její části přímo interaguje s měřeným médiem;
- bezkontaktní, zabraňuje přímé interakci senzoru s kapalinou (kvůli jeho agresivním vlastnostem nebo vysoké viskozitě).
Kontaktní zařízení jsou umístěna v nádrži přímo na hladině měřené kapaliny (plavou), v její hloubce (hydrostatické tlakoměry), nebo na stěně nádrže v určité výšce (deskové kondenzátory). U bezkontaktních měřidel (radarových, ultrazvukových) je nutné zajistit zónu přímé viditelnosti povrchu měřené kapaliny a absenci přímého kontaktu sji.
Provozní zásady
Hladinoměry i signalizační zařízení používají k plnění svých funkcí různé principy činnosti. Nejčastěji se používají následující typy zařízení:
- plovákové senzory hladiny kapaliny v nádrži;
- kapacitní;
- hydrostatické snímače hladiny kapalin;
- zařízení typu radar;
- ultrazvukové senzory.
Float zase může být mechanický, diskrétní a magnetostriktivní. První tři skupiny snímačů zahrnují zařízení využívající kontaktní metodu měření, další dvě jsou bezkontaktní zařízení.
Mechanické plovákové spínače
Lehký plovák, neustále na hladině kapaliny v nádrži, je soustavou mechanických páček spojen se středním vývodem potenciometru, který je ramenem odporového můstku. Při minimálním množství kapaliny v nádrži je most považován za vyvážený. Na její měřicí úhlopříčce není žádné napětí.
Jak se nádrž plní, plovák sleduje polohu hladiny kapaliny pohybem pohyblivého kontaktu potenciometru přes pákový systém. Změna odporu potenciometru vede k narušení rovnovážného stavu můstku. Napětí, které se objeví v jeho měřicí úhlopříčce, využívá elektronický obvod zobrazovacího systému. Jeho analogové nebo digitální hodnoty odpovídají množství kapaliny v nádrži v aktuálním čase.
Diskrétní plovákové spínače
Diskrétní signál ve formě obvodunebo rozepnutí kontaktů jazýčkového spínače využívá elektronický indikační a signalizační obvod k upozornění, že hladina kapaliny v nádrži dosáhla určité hodnoty. Kovové kontakty, které jsou při sepnutí vyrobeny z materiálu s nízkým přechodovým odporem, jsou umístěny v duté skleněné baňce.
Snímač hladiny vody v nádrži s diskrétním výstupem obsahuje vodítko v podobě duté trubice, do které nevniká kapalina z nádrže. Kontakty jednoho nebo více jazýčkových relé jsou upevněny uvnitř vedení. Jejich umístění závisí na případu, kdy je nutné přijmout alarm, když hladina kapaliny dosáhne nastavené hodnoty.
Plovák senzoru s vestavěným malým permanentním magnetem se pohybuje podél vodítka, když se mění hladina kapaliny v nádrži. K činnosti kontaktní skupiny dochází v okamžiku, kdy vstoupí do magnetického pole permanentního magnetu plováku. Signál přes vodiče připojené ke kontaktům snímače hladiny vody v nádrži jazýčkového spínače jde do obvodu alarmu.
Magnetostrikční plovákové senzory
Snímače tohoto typu poskytují konstantní signál v závislosti na hladině kapaliny v nádrži. Hlavním prvkem, stejně jako v předchozím případě, je plovák s permanentním magnetem uvnitř, který zaujme svou polohu na povrchu kapaliny a pohybuje se ve vertikální rovině podél vodítka.
Vnitřní dutina vedení, izolovaná od kapaliny, je obsazena vlnovodem. Je vyroben z magnetostrikcemateriál. Ve spodní části prvku je zdroj proudových impulsů, které se podél něj šíří.
Když vyzařovaný impuls dosáhne místa plováku s magnetem, interagují dvě magnetická pole. Výsledkem této interakce je výskyt mechanických vibrací, které se šíří zpět podél vlnovodu.
Vedle pulzního generátoru je upevněn piezoelektrický prvek, který zachycuje mechanické vibrace. Externí elektronický obvod analyzuje časové zpoždění mezi emitovanými a přijatými impulsy a vypočítává vzdálenost k plováku, který je neustále na hladině kapaliny. Indikační obvod neustále hlásí hladinu kapaliny v nádrži.
Kapacitní senzory
Fungování senzorů tohoto typu je založeno na vlastnostech kondenzátoru měnit svou elektrickou kapacitu, když se mění dielektrická konstanta materiálu, který vyplňuje prostor mezi jeho deskami. Používají se koaxiální kondenzátory, což je pár koaxiálních dutých kovových válců různých průměrů.
Posledně jmenované jsou kondenzátorové desky, mezi které může volně pronikat kapalina. Dielektrické konstanty vzduchu a kapalného média mají různé hodnoty. Naplnění nádrže vede ke změně hodnoty celkové dielektrické konstanty koaxiálního kondenzátoru a tím i jeho elektrické kapacity.
Frekvence oscilačního obvodu, inobvod, ke kterému je kondenzátor připojen, se mění úměrně se změnou jeho kapacity. Elektronický měnič frekvence / napětí sleduje tuto změnu a zobrazuje hodnotu úměrnou stupni naplnění nádrže.
Hydrostatické senzory
Jiný název pro takové zařízení je detektor nebo tlakový převodník. Mohou být stacionární, upevněné na dně nádrže naplněné kapalinou nebo přenosné. V druhém případě jsou tlakové snímače vybaveny kabelem značné délky. To umožňuje jejich použití pro nádrže různých geometrických velikostí.
Citlivým prvkem hydrostatického senzoru je membrána, která vnímá tlak sloupce kapaliny nad ní. Jeho seřízení je provedeno tak, aby atmosférický tlak nevedl k deformaci membrány. Tlak v místě měření lze použít k určení výšky sloupce kapaliny nebo stupně naplnění nádrže.
Míra deformace membrány je převedena na elektrickou proporcionální hodnotu, která se pak používá k zobrazení hladiny kapaliny v nádrži. Jsou aplikovány korekce, které berou v úvahu hustotu měřeného média a gravitační zrychlení v místě měření.
Snímače typu radar
Snímač hladiny kapaliny v nádrži používá bezkontaktní metodu měření založenou na vlastnostech tohoto média jakékoli hustotya viskozitu pro odrážení elektrického signálu. Frekvence vyzařovaného signálu radaru umístěného nad hladinou měřené hladiny kapaliny se mění podle lineárního zákona.
Odražený od povrchu dorazí k přijímacímu zařízení se zpožděním určeným délkou uražené cesty. Existuje tedy rozdíl mezi frekvencemi těchto dvou signálů. Podle velikosti frekvenčního posunu určí analyzační zařízení lokátoru dráhu, kterou signál urazí, nebo hladinu odrážející kapaliny vzhledem k umístění radaru.
Ultrazvukové snímače hladiny
Schéma měření používané pro senzory tohoto typu odpovídá schématu popsanému v předchozí části článku. Lokalizační metoda měření se používá v rozsahu ultrazvukových vlnových délek.
Přijatá data určují časový rozdíl mezi vysílaným vysílačem a signály přijatými přijímačem. Pomocí údajů o rychlosti šíření ultrazvuku v prostoru nad hladinou kapaliny určí analyzační zařízení vzdálenost, kterou signál urazí, neboli hladinu kapaliny v nádrži.
Stručný přehled výrobců
Snímače hladiny kapaliny v nádrži "ARIES" umožňují provádět potřebná měření na vysoké úrovni. Reklamu jejich produktů lze nalézt na mnoha zahraničních stránkách.
Pozornost si zaslouží produkty tuzemského vývojáře a výrobce L-CARD, zařazené do Státního registru měřidel. Alta Group, která je na ruském trhu více než 10 let, anozasloužená pozitivní zpětná vazba.
Závěr
Snímače hladiny kapaliny v nádrži by měly být vybrány na základě podmínek jejich použití, vlastností kapalin, požadovaných ukazatelů přesnosti měření. Nejpřesnější údaje lze získat pomocí radarových senzorů, magnetostrikčních měřičů.
Je třeba mít na paměti, že absolutní přesnost vyžaduje vyšší náklady na materiál. Plovákové snímače a signalizační zařízení jsou nejjednodušší zařízení, ale jejich použití je omezeno vibračními podmínkami způsobenými pěněním kapaliny, její viskozitou a agresivitou média.
Optimálním řešením na základě poměru cena/kvalita je použití hydrostatických a kapacitních senzorů, s výhradou omezení kladených na vlastnosti měřené kapaliny.
