Жидкий уровень: устройство и преимущество, принцип действия

Мы специализируемся на изготовлении на заказ многоуровневых поплавковых реле уровня жидкости. Сообщите нам свое применение, и мы изготовим датчик по вашим спецификациям. Эти датчики идеально подходят для мониторинга нескольких точек переключения, управления насосами и клапанами, предупреждения о сигналах тревоги высокого или низкого уровня и индикации уровня в резервуаре. Эти универсальные переключатели уровня доступны из нержавеющей стали, латуни и буна, ПВХ, полипропилена или ПТФЭ. Наши инженеры будут тесно сотрудничать с вами, чтобы точно определить поплавковый датчик уровня жидкости, изготовленный на заказ, для ваших нужд

Поплавковый датчик, собранный на месте

Поплавковый датчик, собранный на месте, — отличный выбор, если вам нужно настроить датчик в полевых условиях или вам это нужно быстро, и вы не можете ждать изготовления поплавка на заказ. В полные комплекты входит все необходимое для двухуровневого датчика. Если вам требуется более двух уровней, дополнительные фитинги и точки переключения можно приобрести отдельно. Эти универсальные поплавковые выключатели изготавливаются из латуни и буна или нержавеющей стали и являются хорошим выбором для различных сенсорных приложений.

Специализированные датчики

Мы предлагаем различные специальные датчики уровня жидкости, в том числе датчики низкого уровня воды и поплавковые выключатели типа дренажного насоса. Наши поплавки Specialty созданы для сложных или требовательных применений датчиков, таких как высокие температуры, густые или липкие жидкости, высокая турбулентность или сложный монтаж. Эти датчики могут быть изготовлены по индивидуальному заказу и изготавливаются из различных материалов. Если традиционное поплавковое реле уровня не соответствует вашим потребностям, посмотрите, подойдет ли вам один из наших специальных поплавков.

Индикаторы уровня

Механические — серия LLTM

Эти полностью механические датчики уровня жидкости обеспечивают точное измерение количества жидкости в резервуаре. Эти устройства идеально подходят для переносных резервуаров для хранения, опасных мест или удаленных районов, где нет электричества. Они предлагаются из нержавеющей стали, латуни и буна и полипропилена. Чтобы снять показания, просто вытащите рулетку из стержня, пока не почувствуете магнитный замок.

Непрерывный уровень — серия CLM

Эти вертикальные поплавковые датчики постоянного уровня используются в резервуарах и емкостях, где требуется точная индикация уровня жидкости. Они предлагаются из нержавеющей стали, латуни и буна или полипропилена. Датчик представляет собой 3-проводной потенциометр, который обеспечивает изменение сопротивления каждые ¼ дюйма перемещения уровня. Используйте цифровой измерительный прибор для отображения точного показания уровня жидкости или формирователь сигнала, который обеспечивает стандартный выходной сигнал 4-20 мА.

Многоточечный – LKI серии

Эти многоточечные датчики уровня — отличный выбор для резервуаров для хранения и контейнеров. Они обеспечивают яркую, удобную для чтения светодиодную индикацию полного и пустого. Эти универсальные поплавковые выключатели доступны из нержавеющей стали, латуни и буна и полипропилена. Дополнительные выходные реле могут быть добавлены для сигналов тревоги по высокому и низкому уровню или для управления насосом.

Ультразвуковой – серия ULS

Эти бесконтактные ультразвуковые датчики расстояния обеспечивают высокоточную индикацию уровня и могут измерять длину до 30 футов. Они отлично подходят для резервуарных парков и больших открытых резервуаров для хранения. Они могут использоваться для обнаружения жидкостей или твердых тел и поставляются с различными вариантами выхода датчика.

Аксессуары

Сигнализация

Мы предлагаем широкий выбор звуковых и визуальных сигнализаторов. Эти аварийные сигналы часто используются в резервуарах для предоставления четких предупреждений о условиях высокого или низкого уровня в резервуаре. Они монтируются на стену и бывают разного напряжения. Доступны индивидуальные конфигурации, соответствующие вашему конкретному приложению.

Реле

Мы предлагаем различные реле, которые можно использовать для управления насосами, клапанами и сигнализацией. Наше реле двойного контроля уровня позволяет поддерживать и контролировать уровни в резервуарах для наполнения и опорожнения. Используйте механические реле передачи мощности, чтобы взять на себя нагрузку высоковольтных или токовых устройств, таких как насосы и нагреватели.

Соединительные коробки

Соединительные коробки обеспечивают удобное место для подключения проводов. Они обеспечивают защиту от окружающей среды, имеют стандартные технологические отверстия и доступны с клеммами. Наша алюминиевая распределительная коробка рассчитана на использование в опасных зонах и сертифицирована по классу 1, разделу 1.

Измерители и преобразователи сигналов

Цифровые панельные измерители и дисплеи используются с нашими поплавками постоянного уровня и ультразвуковыми датчиками расстояния. Они дают цифровую индикацию точного уровня в вашем резервуаре и доступны с дополнительными выходами реле, напряжения и тока.

Компоненты

Мы предлагаем сырье, фитинги, трубы, поплавки и многие другие отдельные компоненты, которые мы используем для изготовления наших поплавковых выключателей и датчиков. Если вам нужна запасная часть, что-то потеряно или повреждено, или вы просто хотите сделать свой собственный продукт, у нас есть то, что вам нужно.

Температурные датчики

Датчики уровня температуры

Поплавковые датчики уровня температуры позволяют объединить измерения температуры и уровня жидкости в одном удобном датчике. Датчик температуры представляет собой биметаллический термостат, предназначенный для общей защиты нагревателей или для предупреждения о высоких или низких температурах, они не предназначены для использования в качестве точных индикаторов температуры. Как температура, так и уровень поплавка могут быть заказаны как нормально открытые или нормально закрытые.

Датчик защитной гильзы

Термовыключатели гильзы предназначены только для индикации температуры. Эти маленькие зонды могут поместиться в аквариум практически любого размера. Наиболее распространенными датчиками температуры являются термостаты, термисторы, термопары и термометры сопротивления.

Десяток способов измерения уровня жидкости и принципы их работы – Измерение уровня | Датчики уровня | Датчики уровня

Технология измерения уровня в процессе перехода

Самым простым и старейшим промышленным устройством для измерения уровня является, конечно же, смотровое стекло. Ручной подход к измерению, смотровые очки всегда имели ряд ограничений. Материал, используемый для обеспечения прозрачности, может потерпеть катастрофический отказ с последующим воздействием на окружающую среду, опасными условиями для персонала и/или пожаром и взрывом. Уплотнения склонны к протечкам, а отложения, если они есть, затемняют видимый уровень. Можно безоговорочно заявить, что обычные смотровые стекла являются самым слабым звеном любой установки. Поэтому они быстро заменяются более передовыми технологиями.

К другим устройствам определения уровня относятся устройства, основанные на удельном весе, физическом свойстве, наиболее часто используемом для определения уровня поверхности. Простой поплавок, имеющий удельный вес между технологической жидкостью и паром свободного пространства, будет плавать на поверхности, точно следуя ее подъемам и падениям. Измерения гидростатического напора также широко использовались для определения уровня.

Когда речь идет о более сложных физических принципах, новые технологии часто используют компьютеры для выполнения расчетов. Для этого требуется отправка данных в машиночитаемом формате с датчика в систему управления или мониторинга. Полезными форматами выходного сигнала преобразователя для компьютерной автоматизации являются токовые петли, аналоговые напряжения и цифровые сигналы. Аналоговые напряжения просты в настройке и работе, но могут иметь серьезные проблемы с шумами и помехами.

Простейшая и старейшая промышленная передача сигналов — токовые петли 4–20 мА (где ток петли изменяется в зависимости от измерения уровня) — сегодня наиболее распространенный выходной механизм. Токовые петли могут передавать сигналы на большие расстояния с меньшим ухудшением качества. Цифровые сигналы, закодированные в любом из нескольких протоколов (например, Foundation Fieldbus, Hart, Honeywell DE, Profibus и RS-232), являются наиболее надежными, но более старые технологии, такие как RS-232, могут работать только на ограниченных расстояниях. Новые беспроводные возможности можно найти в сигналах новейших передатчиков, что позволяет передавать их на огромные расстояния практически без ухудшения качества.

Что касается более продвинутых технологий измерения (например, ультразвуковых, радарных и лазерных), более сложные цифровые форматы кодирования требуют цифрового компьютерного интеллекта для форматирования кодов. Сочетание этого требования с потребностью в расширенных коммуникационных возможностях и схемах цифровой калибровки объясняет тенденцию к внедрению компьютеров на базе микропроцессоров практически во все устройства для измерения уровня (см. рис. 1).

Установленные технологии измерения уровня

В этой статье мы предполагаем, что плотность пара в свободном пространстве (обычно воздуха) пренебрежимо мала по сравнению с плотностью технологической жидкости. Предположим также, что в резервуаре находится только одна однородная технологическая жидкость. Некоторые из этих технологий можно использовать для многоуровневых приложений, когда две или более несмешивающихся жидкостей находятся в одном сосуде.

1. Стеклянный уровнемер. Доступные в различных исполнениях, как бронированные, так и незащищенные, стеклянные уровнемеры используются уже более 200 лет в качестве простого метода измерения уровня жидкости. Преимуществом такой конструкции является возможность видеть истинный уровень через прозрачное стекло. Обратной стороной является возможность разбития стекла, что может привести к разливу или безопасности персонала.

2. Поплавки . Поплавки работают по простому принципу: плавучий объект с удельным весом, промежуточным между технологической жидкостью и паром в свободном пространстве, помещают в резервуар, а затем прикрепляют механическое устройство для считывания его положения. Поплавок опускается на дно паров свободного пространства и плавает над технологической жидкостью. В то время как сам поплавок является основным решением проблемы определения местоположения поверхности жидкости, считывание положения поплавков (т. е. выполнение фактического измерения уровня) по-прежнему проблематично. В ранних поплавковых системах для передачи уровня использовались механические компоненты, такие как тросы, ленты, шкивы и шестерни. Сегодня популярны поплавки с магнитами.

Ранние поплавковые датчики уровня обеспечивали имитацию аналогового или дискретного измерения уровня с использованием сети резисторов и нескольких герконов, что означает, что выходной сигнал датчика изменяется дискретно. В отличие от устройств непрерывного измерения уровня, они не могут различать значения уровня между ступенями.

Гидростатические устройства

3. Буйки, 4. Баблеры и 5. Датчики перепада давления  — все это устройства для гидростатических измерений. Таким образом, любое изменение температуры вызовет изменение удельного веса жидкости, равно как и изменения давления, влияющие на удельный вес пара над жидкостью. Оба приводят к снижению точности измерения. Вытеснители работают по принципу Архимеда. Как показано на рисунке 2, в сосуде подвешена колонна из твердого материала (вытеснитель). Плотность буйка всегда больше, чем плотность технологической жидкости (он будет тонуть в технологической жидкости), и он должен простираться от самого низкого требуемого уровня до, по крайней мере, самого высокого измеряемого уровня. По мере повышения уровня технологической жидкости колонна вытесняет объем жидкости, равный произведению площади поперечного сечения колонны на уровень технологической жидкости в буйке. Выталкивающая сила, равная этому вытесненному объему, умноженному на плотность технологической жидкости, давит на буек вверх, уменьшая силу, необходимую для его поддержки против силы тяжести. Преобразователь, связанный с преобразователем, отслеживает и связывает это изменение силы с уровнем.

Датчик уровня барботажного типа показан на рисунке 3. Эта технология используется в сосудах, работающих при атмосферном давлении. Погружная трубка с открытым концом вблизи открытого сосуда подает продувочный газ (обычно воздух, хотя может использоваться инертный газ, такой как сухой азот, когда существует опасность загрязнения или окислительной реакции с технологической жидкостью) в резервуар.

По мере того, как газ стекает к выходному отверстию погружной трубки, давление в трубке повышается до тех пор, пока не превысит гидростатическое давление, создаваемое уровнем жидкости на выпускном отверстии. Давление равно плотности технологической жидкости, умноженной на ее глубину от конца погружной трубки до поверхности, и контролируется датчиком давления, подключенным к трубке.

Датчик уровня дифференциального давления (DP) показан на рис. 4. Важным измерением является разница между общим давлением на дне резервуара (гидростатическим напором жидкости плюс статическое давление в сосуде) и статическим или напорным давление в сосуде. Как и в барботере, перепад гидростатического давления равен плотности технологической жидкости, умноженной на высоту жидкости в сосуде. В устройстве на рис. 4 в качестве эталона используется атмосферное давление. Вентиляционное отверстие в верхней части удерживает давление над головой равным атмосферному давлению.

В отличие от барботеров датчики перепада давления могут использоваться в невентилируемых (находящихся под давлением) сосудах. Все, что требуется, это соединить эталонный порт (сторона низкого давления) с портом в сосуде выше максимального уровня заполнения. В зависимости от физических условий технологического процесса и/или расположения преобразователя относительно присоединений к процессу все же могут потребоваться продувки жидкостью или барботеры.

6. Тензодатчики. Тензодатчик или тензометрическое устройство, по сути, представляет собой механический опорный элемент или кронштейн, оснащенный одним или несколькими датчиками, обнаруживающими небольшие деформации опорного элемента. При изменении силы на тензодатчике кронштейн слегка изгибается, что приводит к изменению выходного сигнала. Были изготовлены калиброванные тензодатчики с допустимым усилием от долей унции до тонны.

Для измерения уровня тензодатчик должен быть встроен в опорную конструкцию судна. По мере того, как технологическая жидкость заполняет сосуд, сила на тензодатчике увеличивается. Зная геометрию сосуда (в частности, его площадь поперечного сечения) и удельный вес жидкости, можно легко преобразовать известное значение выходного сигнала тензодатчика в уровень жидкости.

Несмотря на то, что тензодатчики имеют преимущества во многих приложениях из-за их бесконтактного характера, они дороги, а опорная конструкция сосуда и соединительные трубопроводы должны быть спроектированы с учетом требований тензодатчика к плавающему основанию. Общий вес сосуда, трубопроводов и соединительных конструкций, поддерживаемых сосудом, будет взвешиваться нагрузочной системой в дополнение к желаемому весу нетто или продукта. Этот общий вес часто создает очень плохой динамический диапазон для веса нетто, а это означает, что вес нетто составляет очень небольшой процент от общего веса. Наконец, рост несущей конструкции, вызванный неравномерным нагревом (например, утренним и вечерним солнечным светом), может быть отражен как уровень, так же как и боковая нагрузка, ветровая нагрузка, жесткие трубы и крепления от оборудования для предотвращения опрокидывания (для тензодатчиков, установленных снизу). . Короче говоря, требования к системе взвешивания датчика веса должны быть первостепенным соображением при первоначальном проектировании поддержки сосуда и трубопровода, иначе производительность быстро ухудшится.

7. Магнитные уровнемеры. Эти манометры (см. рис. 5) являются предпочтительной заменой смотровых стекол. Они похожи на поплавковые устройства, но сообщают о местоположении поверхности жидкости с помощью магнита. Поплавок, несущий набор сильных постоянных магнитов, перемещается во вспомогательной колонне (поплавковой камере), прикрепленной к сосуду с помощью двух технологических соединений. Эта колонна удерживает поплавок сбоку, так что он всегда находится близко к боковой стенке камеры. По мере того, как поплавок перемещается вверх и вниз по уровню жидкости, вместе с ним перемещается намагниченный челнок или гистограмма, показывая положение поплавка и тем самым обеспечивая индикацию уровня. Система может работать только в том случае, если вспомогательная колонна и стенки камеры выполнены из немагнитного материала.

Многие производители предлагают конструкции поплавков, оптимизированные для удельного веса измеряемой жидкости, будь то бутан, пропан, масло, кислота, вода или границы раздела двух жидкостей, а также большой выбор материалов поплавков.

Это означает, что манометры могут работать при высоких температурах, высоком давлении и агрессивных средах. Поплавковые камеры увеличенного размера и поплавки с высокой плавучестью доступны для приложений, где ожидается накопление.

Камеры, фланцы и технологические соединения могут быть изготовлены из специальных пластиков, таких как Kynar, или экзотических сплавов, таких как Hastelloy C-276. Камеры специальной конфигурации могут работать в экстремальных условиях, таких как паровая рубашка для жидкого асфальта, увеличенные камеры для мгновенного испарения, температурные конструкции для жидкого азота и хладагентов. Многочисленные металлы и сплавы, такие как титан, инколой и монель, доступны для различных комбинаций высоких температур, высокого давления, низкого удельного веса и коррозионно-активных жидкостей. Современные магнитные уровнемеры также могут быть оснащены магнитострикционными и волноводными радарными передатчиками, что позволяет преобразовывать локальные показания уровнемера в выходные сигналы 4-20 мА и цифровую связь, которую можно отправлять на контроллер или систему управления.

8. Датчики емкости. Эти устройства (см. рис. 6) основаны на том факте, что технологические жидкости обычно имеют диэлектрическую проницаемость ᶓ, значительно отличающуюся от диэлектрической проницаемости воздуха, которая очень близка к 1,0. Масла имеют диэлектрическую проницаемость от 1,8 до 5. Чистый гликоль — 37; водные растворы находятся в диапазоне от 50 до 80. Эта технология требует изменения емкости, которое изменяется в зависимости от уровня жидкости, создаваемого либо изолированным стержнем, прикрепленным к датчику и технологической жидкости, либо неизолированным стержнем, прикрепленным к датчику и либо стенке сосуда или эталонному зонду. По мере того, как уровень жидкости поднимается и заполняет все больше пространства между пластинами, пропорционально увеличивается общая емкость. Электронная схема, называемая емкостным мостом, измеряет общую емкость и обеспечивает непрерывное измерение уровня.

Современные технологии

Возможно, наиболее существенное различие между более ранними технологиями непрерывного измерения уровня жидкости и теми, которые сейчас набирают популярность, заключается в использовании времяпролетных измерений (TOF) для преобразования уровня жидкости в обычный выходной сигнал. . Эти устройства обычно работают путем измерения расстояния между уровнем жидкости и контрольной точкой на датчике или преобразователе в верхней части сосуда.

9. Магнитострикционные датчики уровня. Преимущества использования магнита с поплавком для определения уровня жидкости уже установлены, а магнитострикция является проверенной технологией для очень точного считывания местоположения поплавка. Вместо механических связей магнитострикционные передатчики используют скорость крутильных волн вдоль провода, чтобы найти поплавок и сообщить о его местоположении.

В магнитострикционной системе (см. рис. 7) поплавок несет ряд постоянных магнитов. Провод датчика подсоединяется к пьезокерамическому датчику на преобразователе, а к противоположному концу трубки датчика прикрепляется приспособление для натяжения. Трубка либо проходит через отверстие в центре поплавка, либо примыкает к поплавку за пределами немагнитной поплавковой камеры.

Чтобы обнаружить поплавок, передатчик посылает короткий импульс тока по проводу датчика, создавая магнитное поле по всей его длине. Одновременно срабатывает схема синхронизации. Поле непосредственно взаимодействует с полем, создаваемым магнитами в поплавке. Общий эффект заключается в том, что в течение короткого времени, в течение которого протекает ток, в проводе создается скручивающая сила, очень похожая на ультразвуковую вибрацию или волну. Эта сила возвращается к пьезокерамическому датчику с характерной скоростью. Когда датчик обнаруживает волну напряжения, он генерирует электрический сигнал, который уведомляет схему синхронизации о приходе волны и останавливает схему синхронизации.

На основе этой информации местоположение поплавка очень точно определяется и представляется датчиком в виде сигнала уровня. Ключевые преимущества этой технологии заключаются в том, что скорость сигнала известна и постоянна в зависимости от технологических параметров, таких как температура и давление, а на сигнал не влияет пена, расходимость луча или ложные эхосигналы. Еще одним преимуществом является то, что единственной движущейся частью является поплавок, который перемещается вверх и вниз вместе с поверхностью жидкости.

  10. Ультразвуковые датчики уровня. Ультразвуковые датчики уровня (см. рис. 8) измеряют расстояние между преобразователем и поверхностью, используя время, необходимое ультразвуковому импульсу для прохождения от преобразователя к поверхности жидкости и обратно (TOF). Эти датчики используют частоты в диапазоне десятков килогерц; время прохождения ~6 мс/м. Скорость звука (340 м/с в воздухе при 15°С, 1115 футов в секунду при 60°F) зависит от смеси газов в свободном пространстве и их температуры. В то время как температура датчика компенсируется (при условии, что датчик имеет ту же температуру, что и воздух в свободном пространстве), эта технология ограничена измерениями атмосферного давления в воздухе или азоте.

11. Лазерные нивелиры. Разработанные для сыпучих материалов, взвесей и непрозрачных жидкостей, таких как грязные отстойники, молоко и жидкий стирол, лазеры работают по принципу, очень похожему на принцип работы ультразвуковых датчиков уровня. Однако вместо скорости звука для определения уровня они используют скорость света (см. рис. 9). Лазерный излучатель в верхней части сосуда испускает короткий импульс света на поверхность технологической жидкости, которая отражает его обратно к детектору. Схема синхронизации измеряет прошедшее время (TOF) и вычисляет расстояние. Ключевым моментом является то, что лазеры практически не имеют рассеяния луча (расхождение луча 0,2 градуса) и ложных эхо-сигналов, и могут быть направлены в пространство размером всего 2 дюйма, 2. Лазеры точны даже в паре и пене. Они идеально подходят для использования на судах с многочисленными препятствиями и могут измерять расстояния до 1500 футов. Для приложений с высокими температурами или высоким давлением, например, в корпусах реакторов, лазеры часто используются в сочетании со специальными смотровыми окнами для изоляции передатчика от процесс. Эти стеклянные окна изолируют передатчик от процесса. Эти стеклянные окна пропускают лазерный луч с минимальной диффузией и затуханием и должны содержать условия процесса.

12. Радарные уровнемеры. Воздушные радиолокационные системы излучают микроволны вниз от рупорной или стержневой антенны наверху судна. Сигнал отражается от поверхности жидкости обратно к антенне, а схема синхронизации рассчитывает расстояние до уровня жидкости, измеряя время прохождения туда и обратно (TOP). Ключевой переменной в радиолокационной технологии является диэлектрический контакт жидкости. Причина в том, что количество отраженной энергии на микроволновых (радарных) частотах зависит от диэлектрической проницаемости жидкости, и если Er низкое, большая часть энергии радара входит или проходит. Вода (Er=80) дает превосходное отражение при изменении или неоднородности Er.

Передатчики волноводного радара (GWR) (см. рис. 10) также очень надежны и точны. Жесткий зонд или гибкая кабельная антенная система направляет микроволны вниз от верхней части резервуара к уровню жидкости и обратно к передатчику. Как и в случае радиолокатора, работающего в воздухе, изменение Er от более низкого к более высокому вызывает отражение. Волноводный радар в 20 раз более эффективен, чем воздушный радар, потому что направляющая обеспечивает более сфокусированный энергетический путь. Различные конфигурации антенн позволяют проводить измерения вплоть до ER=1,4 и ниже. Причем эти системы могут быть установлены как вертикально, так и в некоторых случаях горизонтально с изгибом направляющей до 9°.0 градусов под углом и обеспечивают четкий измерительный сигнал.

GWR обладает большинством преимуществ и некоторыми недостатками ультразвуковых, лазерных и радарных систем под открытым небом. Скорость волны радара в значительной степени не зависит от состава парового пространства, температуры или давления. Он работает в вакууме без необходимости повторной калибровки и может измерять через большинство слоев пенопласта. Ограничение волны, которая следует за зондом или кабелем, устраняет проблемы с распространением луча и ложные эхо-сигналы от стенок и конструкций резервуара.

Резюме

Общие тенденции в различных технологиях измерения отражают движущие силы рынка. Усовершенствованная цифровая электроника делает датчики уровня и другие измерительные устройства более удобными для пользователя, более надежными, простыми в настройке и менее дорогими. Усовершенствованные коммуникационные интерфейсы передают данные об измерении уровня в существующую систему управления и/или информационную систему компании.

Современные датчики уровня изготавливаются из все большего числа материалов и сплавов для работы в агрессивных средах, таких как масла, кислоты, а также при экстремальных температурах и давлениях. Новые материалы помогают технологическим приборам выполнять специальные требования, например, узлы из материала с оболочкой из ПТФЭ для агрессивных сред и электрополированной нержавеющей стали 316 для соблюдения требований чистоты.