Что такое датчики уровня жидкостей

Как выбрать датчик уровня для воды, масла, кислот или топлива? Контактные и бесконтактные решения — от простых поплавков до сверхточных радаров. Узнайте, какие подойдут именно под вашу задачу!

Датчики уровня жидкостей — это устройства, предназначенные для измерения, контроля и сигнализации о положении границы раздела между жидкостью и газом (чаще всего воздухом) в резервуарах, ёмкостях, трубопроводах и открытых водоёмах. Они являются основным элементом систем автоматизации в водоснабжении, ЖКХ, энергетике, нефтехимии и пищевой промышленности. Главная задача — обеспечить бесперебойный и безопасный технологический процесс, предотвратив перелив или работу насосов «всухую».

В отличие от датчиков для сыпучих материалов, они учитывают специфику жидких сред: плотность, вязкость, химическую агрессивность, прозрачность, способность к пенообразованию. На рынке представлен огромный выбор решений: от простых и энергонезависимых поплавковых выключателей до высокоточных магнитострикционных преобразователей.

Принцип работы датчиков уровня жидкостей

Принцип действия зависит от типа датчика и поставленной задачи — точечный контроль или непрерывное измерение.

• Поплавковые датчики: Принцип основан на плавучести. Поплавок с встроенным магнитом перемещается вместе с уровнем жидкости.
• Сигнализаторы (NIVOFLOAT): Поплавок, выполненный из полипропилена и обладающий высокой плавучестью, свободно перемещается вместе с изменением уровня жидкости. Внутри корпуса поплавка расположен управляющий микро-выключатель (а не геркон, как в магнитных системах), который срабатывает при достижении поплавком заданного положения — верхнего или нижнего. При этом происходит замыкание или размыкание электрической цепи, и прибор подаёт дискретный сигнал для управления насосом, системы наполнения/опорожнения или аварийной сигнализации.
• Многоуровневые системы (NIVOPOINT): На трубке-гиде расположено несколько герконов на разных высотах. Один поплавок, перемещаясь, поочередно замыкает контакты, сигнализируя о достижении каждого уровня.
• Сигнализаторы перепада уровня (NIVOMAG ): Работают по принципу поплавка на шарнирном рычаге. При изменении уровня поплавок отклоняется, воздействуя на магнитную систему, которая переключает герконовый контакт. Часто используются в узких или боковых камерах.
• Ёмкостные датчики: Работают на изменении электрической ёмкости между электродом-зондом и стенкой резервуара при заполнении их диэлектриком (жидкостью). Изменение ёмкости преобразуется в сигнал о уровне.
• Гидростатические датчики: Измеряют давление, создаваемое столбом жидкости над точкой установки. Уровень рассчитывается по формуле, учитывающей плотность жидкости: H = P / (ρ * g). Идеальны для глубоких резервуаров.
• Ультразвуковые датчики: Бесконтактный метод. Датчик излучает ультразвуковой импульс, который отражается от поверхности жидкости. Уровень вычисляется по времени прохождения сигнала до отражателя и обратно.
• Радарные датчики: Наиболее точный бесконтактный метод. Работает аналогично ультразвуковому, но использует электромагнитные волны СВЧ-диапазона, что делает его нечувствительным к пару, пене, изменению плотности и температуры.
• Микроволновые (волноводные) датчики (например, MicroTREK): Контактный метод. Зонд (волновод) погружается в среду. Микроволновый импульс проходит по зонду, и часть энергии отражается от поверхности измеряемой среды. Анализ отраженного сигнала позволяет точно определить уровень. Эффективен для сложных сред.
• Магнитострикционные датчики: Высокоточный контактный метод. По волноводу передаётся импульс тока. Поплавок с магнитом, движущийся по волноводу, создает обратный торсионный импульс. Время задержки между импульсами точно определяет положение поплавка.

Особенности датчиков уровня жидкостей

• Контактные и бесконтактные: Контактные (поплавковые, ёмкостные) взаимодействуют со средой, что требует выбора стойких материалов. Бесконтактные (ультразвуковые, радарные) устанавливаются вне ёмкости, что удобно для агрессивных сред.
• Зависимость от свойств среды: Для корректной работы необходимо учитывать плотность, диэлектрическую проницаемость, вязкость, наличие взвесей и пузырьков.
• Универсальность и специализация: Существуют универсальные датчики для воды и нейтральных сред, а также специализированные исполнения для агрессивных кислот, щелочей, пищевых продуктов или стерильных сред.
• Взрывозащищённые исполнения: Обязательны для применения в нефтегазовой и химической отраслях, на топливных складах.

Преимущества и недостатки датчиков уровня жидкостей

Преимущества:

• Широкий выбор: Для любой задачи, среды и бюджета можно подобрать оптимальное решение.
• Высокая точность: Современные радарные и магнитострикционные датчики обеспечивают точность до долей миллиметра.
• Надёжность: Многие типы (поплавковые, гидростатические) имеют простую конструкцию без электроники, что гарантирует долгий срок службы.
• Автоматизация: Позволяют полностью исключить ручной контроль, создавая системы автономного управления насосами и задвижками.

Недостатки:

• Влияние среды: Пена, пар, сильная турбуленция, налипание могут искажать показания ультразвуковых и радарных датчиков.
• Необходимость калибровки: Для точных измерений часто требуется калибровка под конкретную плотность или диэлектрическую проницаемость жидкости.
• Ограничения по монтажу: Каждый тип имеет свои требования (вертикальность, отсутствие помех в зоне измерения, определённая глубина погружения).
• Стоимость: Высокоточные и бесконтактные датчики (радарные, магнитострикционные) имеют высокую цену.

Область применения датчиков уровня жидкостей

Датчики уровня жидкостей применяются практически во всех отраслях промышленности и ЖКХ:

• Водоснабжение и водоотведение: Контроль уровня в резервуарах чистой и сточной воды, скважинах, колодцах, насосных станциях.
• Нефтегазовая и химическая промышленность: Учёт и контроль нефтепродуктов, кислот, щелочей, растворителей в цистернах и танках.
• Пищевая и фармацевтическая промышленность: Контроль уровня молока, соков, пива, вина, сиропов, фармакологических субстанций с соблюдением гигиенических норм.
• Энергетика: Мониторинг уровня масел в турбинах, топлива в баках, воды в котлах и градирнях.
• Судостроение: Контроль балластных, топливных и питьевых цистерн.
• Сельское хозяйство: Управление поливными системами, контроль уровня в ёмкостях для удобрений.

Назначение датчиков уровня жидкостей

Основные функции и задачи:

• Аварийная сигнализация: Подача сигнала при достижении максимального (перелив) или минимального («сухой ход») уровня.
• Автоматическое управление: Включение/отключение насосов, открытие/закрытие клапанов для поддержания уровня в заданном диапазоне.
• Технологический контроль: Непрерывное измерение уровня для учёта сырья и продуктов, управления процессом смешивания или дозирования.
• Дистанционный мониторинг: Передача данных об уровне в систему АСУ ТП или на диспетчерский пункт.

Схема подключения датчиков уровня жидкостей

Схема зависит от типа выходного сигнала:

• Дискретный выход (реле, транзистор): Характерен для поплавковых и ёмкостных сигнализаторов. Подключается напрямую к цепям управления насосом, клапаном или к цифровому входу контроллера (ПЛК).
• Аналоговый выход (4-20 мА, 0-10 В): Характерен для датчиков непрерывного уровня (гидростатических, ультразвуковых, радарных). Подключается к аналоговому входу контроллера, вторичному прибору (индикатору, регистратору) или системе АСУ ТП.
• Цифровой интерфейс (HART, Profibus, Modbus): Позволяет передавать не только значение уровня, но и диагностическую информацию, а также дистанционно настраивать датчик.

Типы и виды датчиков уровня жидкостей

По принципу действия:

• Механические: Поплавковые (с герконом).
• Гидростатические (давления): Мембранные, с разделительной мембраной.
• Электрические: Ёмкостные, кондуктометрические (для электропроводящих жидкостей).
• Акустические/волновые: Ультразвуковые уровнемеры.
• Радарные (микроволновые бесконтактные): Используют электромагнитные волны СВЧ-диапазона, отражающиеся от поверхности.
• Микроволновые (волноводные/контактные): Например, MicroTREK. Используют СВЧ-импульс, распространяющийся по погружному зонду; анализ отражения от границы раздела «зонд-жидкость».
• Магнитные: Магнитострикционные.

По типу измерения:

• Сигнализаторы (предельные выключатели): Поплавковые, ёмкостные, оптические.
• Уровнемеры (датчики непрерывного уровня): Гидростатические, ультразвуковые, радарные, магнитострикционные.

По исполнению:

• Погружные (контактные): Для установки непосредственно в жидкость.
• Устанавливаемые сверху: Монтируются в верхней части резервуара. Могут быть:
• Бесконтактные (ультразвуковые, радарные).
• Контактные (вибрационные, ёмкостные NIVOCAP, микроволновые волноводные MicroTREK, датчики с измерительным тросом NIVOTRACK).
• Фланцевые: Для монтажа на боковую стенку или дно резервуара.

Строение датчиков уровня жидкостей

Рассмотрим на примере поплавкового магниточувствительного сигнализатора:

1. Поплавок: Герметичная капсула из нержавеющей стали или пластика, внутри которой находится постоянный магнит.
2. Шток (трубка): Полая трубка, внутри которой на заданных уровнях закреплены герконы (герметичные магнитоуправляемые контакты).
3. Ограничитель: Стопорное кольцо, фиксирующее поплавок на штоке и задающее его ход.
4. Клеммная коробка: Содержит клеммы для подключения проводов от герконов к внешней цепи управления.
5. Крепёжный фланец/резьба: Для монтажа прибора на крышку или боковую стенку резервуара.

Когда применяются датчики уровня жидкостей

Датчики уровня жидкостей необходимы, когда:

• Требуется автоматизировать наполнение или опорожнение резервуаров.
• Нужно защитить дорогостоящие насосы от работы без жидкости.
• Важен точный учёт объёма хранимой или транспортируемой жидкости (коммерческий учёт).
• Технологический процесс требует поддержания уровня в строго заданном диапазоне.
• Объект контроля удалён или находится во взрывоопасной зоне.
• Жидкость является агрессивной, токсичной или стерильной, и исключён прямой контакт оператора.

ООО “АНКОРН” — эксклюзивный дистрибьютор завода «NIVELCO» в России.

Уже более 10 лет поставляем контрольно-измерительные приборы ведущим промышленным предприятиям страны: «ЕвроХим», «Мираторг», «Русал», «Технониколь», «Henkel», «Bonolit» и др.

Наша техника — это гарант точности, безопасности и стабильности технологических процессов.

Если нужно найти решение под особенности вашей среды — инженеры АНКОРН всегда на связи: ☎️ 8 800 333-43-14 или ✉️ info@ankorn.ru

Реклама. ООО «Анкорн», ИНН 2631036482. ERID: 2VtzqwyJCnv