Выбираем датчики уровня воды в резервуара и емкостях: виды, принцип действия

Устройство герконового переключателя

Основной исполнительный элемент герконового датчика — герконовый выключатель. Устройство представляет собой маленький стеклянный баллон, наполненный инертным газом или с откачанным воздухом. Газ или вакуум препятствуют образованию искр и окислению контактной группы. Внутри колбы находятся замкнутые контакты из ферромагнитного сплава прямоугольного сечения (пермаллоевая проволока) с золотым или серебряным напылением. При попадании в магнитный поток контакты герконового переключателя намагничиваются и отталкиваются друг от друга — происходит размыкание цепи, по которой течет электрический ток.

Схема подключения герконового датчика уровня воды

Герконовые переключатели являются маломощными устройствами и неспособны коммутировать большие токи, поэтому они не могут быть использованы непосредственно для отключения и включения насоса. Обычно они задействованы в низковольтной схеме коммутации работы мощного реле насоса, помещенной в шкаф управления.

На рисунке представлена простейшая схема с датчиком, реализующая управление дренажным насосом в зависимости от водного уровня при откачке, состоящая из двух герконов SV1 и SV2.

При достижении жидкостью верхнего уровня магнит с поплавком включает верхний геркон SV1 и на катушку реле P1 подается напряжение. Ее контакты замыкаются, происходит параллельное подключение к геркону и реле самозахватывается.

Напряжение поступает на катушку мощного реле в цепи электропитания насоса, его контакты замыкаются и электронасос начинает работать. При падении уровня воды и достижении поплавка с магнитом нижнего геркона SV2 он включается и на катушку реле P1 с другой стороны также подается положительный потенциал, ток перестает течь и реле P1 отключается. Это вызывает отсутствие тока в катушке силового реле P2 и как следствие прекращение подачи напряжения питания на электронасос.

Рис. 6 Поплавковые вертикальные датчики уровня воды

Аналогичная схема управления насосом, помещенная в шкаф управления, может быть использована при отслеживании уровня в емкости с жидкостью, если герконы поменять местами, то есть SV2 будет находиться вверху и отключать насос, а SV1 в глубине бака с водой его включать.

https://youtube.com/watch?v=nlzFfcd60SA

Датчики уровня могут быть использованы в быту для автоматизации процесса при заполнении больших емкостей водой при помощи водяных электронасосов. Наиболее просты в установке и эксплуатации герконовые виды, выпускаемые промышленностью в виде вертикальных поплавков на штангах и горизонтальных конструкций.

Для автоматизации многих производственных процессов необходимо контролировать уровень воды в резервуаре, измерение проводится при помощи специального датчика, подающего сигнал, когда технологическая среда достигнет определенного уровня. Без уровнемеров невозможно обойтись и в быту, яркий пример этому – запорная арматура бачка унитаза или автоматика для отключения насоса скважины. Давайте рассмотрим различные виды датчиков уровня, их конструкцию и принцип работы. Эта информация будет полезной при выборе устройства под определенную задачу или изготовлении датчика своими руками.

Конструкция и принцип действия

Конструктивное исполнение измерительных устройств данного типа определяется следующими параметрами:

• Функциональностью, в зависимости от этого устройства принято делить на сигнализаторы и уровнемеры. Первые отслеживают конкретную точку заполнения резервуара (минимальную или максимальную), вторые осуществляют беспрерывный мониторинг уровня.
• Принципом действия, в его основу может быть положены: гидростатика, электропроводность, магнетизм, оптика, акустика и т.д. Собственно, это основной параметр, определяющий сферу применения.
• Методом измерения (контактный или бесконтактный).

Помимо этого, особенности конструкции определяет характер технологической среды. Одно дело — измерять высоту питьевой воды в баке, другое — проверять наполнение резервуаров для промышленных стоков. В последнем случае необходима соответствующая защита.

1 Описание поплавкового выключателя

Погружные и насосы дренажные работают в условиях, когда жидкость может неожиданно закончиться или загрязниться. В таком случае дальнейшее выкачивание воды уже смешанной с большим количеством грязи может серьёзно навредить системе. Поэтому обязательно наличие поплавкового выключателя для насосов, чтобы предотвращать поломку из-за сухого хода. Некоторые поплавки требуется устанавливать самостоятельно, тогда как другие насосы производятся с внутренним поплавком.

Они размещаются в разнообразных резервуарах – от ёмкостей в системах откачивания сточной воды до колодцев с питьевой водой. И задачи, которые выполняют поплавки, в зависимости от места использования, могут разниться. Также в один резервуар есть возможность поставить больше одного поплавка, каждый из них выполняет разные задания:

• контроль за работой главной помпы;
• контроль за работой дополнительной (вспомогательной) помпы, а также улучшение её эффективности;
• датчик уровня;
• датчик перелива.

Датчик уровня необходим, чтобы погружной насос не работал на сухом ходу и тем самым не засасывал сильно загрязнённую воду, что приводит поломке всей станции. Датчик перелива требуется, чтобы водяной резервуар не переполнялся. В зависимости от типа ёмкости, это может привести к серьёзным проблемам, вплоть до короткого замыкания.

1.1 Разновидности поплавков для насосов

Поплавковые выключатели подсоединяются к различным типам помп, а также могут быть встроенными. Чтобы установить отдельно купленный поплавок на насос не потребуется больших усилий и обширных знаний. Насос со встроенным поплавком куда проще, пусть и дороже, если необходимо максимально быстро обеспечить систему поплавковым контролем.

Существует лёгкий дренажный насос со встроенным поплавковым выключателем и тяжёлый. Первый тип подходит для помпы с поплавком, использующимся в водоснабжении – колодцы, скважины. А также в системах водоотведения. Вторые дренажные насосы со встроенным поплавком, тяжёлые, предполагают, во-первых загрязнённую среду, а во-вторых сложные условия эксплуатации. Дренажный насос с поплавком второго типа применяется в стоках: канализационных, дождевых, дренажных.

Начать свой выбор датчика уровня воды следует с определения целей – для водоснабжения дачи, фермы, дома, полива участка лучше подойдёт лёгкий. Для организации канализационной системы, дренажной либо сточной, рекомендуется покупка тяжёлого агрегата.

1.2 Технические характеристики поплавкового выключателя

Корпус устройства выполняется из пластиковых материалов разнообразных форм. Он требует абсолютной герметичности и водонепроницаемости. Поплавок состоит из следующих элементов:

• плавающий корпус из пластика;
• электрический переключатель;
• рычаг для контактов переключателя;
• стальной шарик;
• три провода в кабеле.

Провода подключаются: один к закрытому контакту, другой к открытому, третий же является общим. Существуют поплавки с двумя проводами. Они разрывают электрическую цепь, если необходимо выключить погружной насос и соединяют цепь, если требуется его снова включить. Трёхпроводные переключатели универсальны, они подходят для слежения не только за сухим ходом, но и за переливом. Имеется один общий и два провода, между которыми и производится переключение режимов.

Провода у них различаются по цвету. Общим, как правило, является чёрный провод. Синий провод отключает систему, когда насос для откачки начинает «садиться на мель» и в резервуаре (например, в колодце) слишком мало воды. Коричневым проводком регулируется помпа, когда резервуар заполнен.

В зависимости от длины провода от груза до поплавка, значения, при которых помпа включается, либо отключается, будут меняться. Таким образом, их вручную легко отрегулировать, чтобы не допустить перелива или сухого хода. Учитывать стоит и то, что поплавок должен отключат работу в то время, когда насос ещё находится под водой с небольшим запасом.

Стальной шарик регулирует положение рычага в зависимости от положения самого поплавка. Рычаг же в свою очередь переключает контакты, чтобы производить включение или отключения насоса с поплавком. Для фиксирования шарика в необходимых положениях используются магниты. Наклон, при котором шарик перемещается из одного положения в другое, чаще всего составляет 70 градусов, однако следует при покупке устройства уточнить.

Характеристики поплавкового выключателя для контроля за уровнем воды:

• степень защиты от проникновения IP – 68;
• напряжение сети 220 вольт плюс-минус 10 процентов;
• диапазон рабочей температуры от 0 до +60°C ;
• 8 ампер – максимально коммутируемый ток для реактивной нагрузки;

1.3 Как работает автоматический поплавковый переключатель? (видео)

Поплавковый датчик своими руками

Сделать поплавковые детекторы уровня воды самостоятельно достаточно просто. В первую очередь необходимо приготовить трубку небольшого диаметра. Потом для неё выбирается головка. Уплотнение в этом случае следует применять небольшой толщины. Чаще всего выбирают пластмассовые кольца. Затем, чтобы сделать прибор уровня (поплавковый) собственными руками, необходимо в трубке закрепить изолирующую пластинку. Кабельный ввод подключают в последнюю очередь. Контакты противодействия целесообразнее определять в верхней части прибора. Для усовершенствования герметизации модели отлично подойдёт заглушка из резины.

Разновидности датчиков

Все уровнемеры классифицируются по принципу их действия. Основные типы измерительных устройств:

1. Поплавковый. Это самый простой вариант измерения уровня воды в баке. Конструкция поплавкового уровнемера включает в себя 2 геркона, магнит и поплавок. Когда уровень жидкости увеличивается, поплавок поднимается до первого геркона, который отключает реле двигателя. Если резервуар опустошается, поплавок опускается до второго геркона, который запускает реле и включает насос, перекачивающий жидкость из скважины. Герконовый датчик предельного уровня жидкости можно сделать своими руками. При этом он будет работать, даже если в резервуаре будет объемный слой пены.
2. Ультразвуковой. Эта разновидность измерительных устройств применяется как для сухой, так и для жидкой среды. Ультразвуковые датчики могут иметь дискретный или аналоговый выход. То есть приспособление может постоянно контролировать уровень воды или ограничивать наполнение емкости при достижении конкретной точки. Такой уровнемер состоит из приемника, УЗ-излучателя и контроллера, отвечающего за обработку сигнала. Сигнализаторы ультразвукового типа являются беспроводными и бесконтактными, поэтому их можно устанавливать даже во взрывоопасных и агрессивных жидкостях.
3. Электродный (кондуктометрический). Такие уровнемеры не подходят для емкостей с дистиллированной водой. Стандартная конструкция оснащена трехуровневым сигнализатором, в котором наполнение резервуара контролирует пара электродов, а третий — предназначен для аварийных ситуаций, для запуска режима активной откачки.
4. Емкостный. С использованием таких уровнемеров можно точно идентифицировать предельное наполнение резервуара. Они подходят как для жидкостей, так и для сыпучих субстанций. Емкостные уровнемеры функционируют по такому же принципу, что и конденсаторы: измерение выполняется между пластинками чувствительного элемента. При достижении пикового значения на контроллер отсылается соответствующий сигнал. Иногда емкостные сигнализаторы работают по принципу «сухого контакта», при котором устройство срабатывает через стенку резервуара. Эти приспособления могут эффективно работать в очень обширном диапазоне температур, на их функционирование не влияет электромагнитное излучение. Такие эксплуатационные свойства расширяют область использования емкостных уровнемеров.
5. Радарный. Эта разновидность сигнализаторов является универсальной, так как она работает с любыми видами технологических сред, включая взрывоопасные и агрессивные жидкости. При этом показания не будут изменяться под воздействием температуры и давления. Прибор излучает радиоволны в определенном частотном диапазоне. Приемник улавливает отраженный радиосигнал и определяет заполненность резервуара, руководствуясь периодом задержки сигнала. На датчик-измеритель не влияет температура и давление. Запыленность технологической среды тоже не сказывается на показаниях. Специалисты отмечают, что радарные приспособления обладают максимальной точностью, так как их погрешность не превышает 1 мм.
6. Гидростатический. Этот тип сигнализатора позволяет измерять как текущее, так и предельное наполнение емкостей. Принцип работы гидростатического устройства базируется на измерении давления столба жидкости. Популярность таких датчиков обусловлена небольшой ценой и достаточной точностью.

Выбор датчиков уровня

При выборе уровнемеров руководствуются следующими целями:

• Вид измеряемой жидкости. Ее характеристики, находим паспортную плотность измеряемого материала. К каким веществам относится вещество, опасно для человека или нет.

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

• Материал емкости, в которой будет производится измерение. От него зависит принцип действия уровнемера.
• Нужен ли вам с датчика аналоговый стандартный сигнал или предпочтительнее работа в качестве реле. Некоторые модели имеют встроенные схемы для обработки аналогового сигнала и преобразуют его в сигнал битовой логики.
• Необходимо знать пределы измеряемой величины, в очень длинных сосудах, с быстро меняющимся объемом, поплавковый конструктив работать будет не стабильно. В таком случае предпочтительнее радарный уровнемер.
• Современные уровнеметры оборудуют жидкокристаллическим экраном с отображением параметров в реальном времени и возможностью сохранения максимальных и минимальных значений. В параметрах датчика задается несколько уровней срабатывания, на каждый уровень свой дискретный выход. Задается плотность среды в настройках.
• Учитывают санитарные нормы для области применения. Например, в пищевой промышленности для измерения воды, напитков предъявляются высокие требования. Обязательно из нержавеющей стали.
• Необходимость сертификатов. Например, некоторые измерители ростехнадзор должен проверить и утвердить для использования на опасных объектах. Некоторым требуется разрешение санитарно-эпидемиологической службы в основном для воды и пищевых продуктов.
• Пригодность датчиков к применению во взрывоопасной среде. Применяются такие на нефтехимических производствах. Производитель гарантирует, что из-за таких систем во время всего срока службы не произойдет возгорание горючей среды, в которой она находится.
• Нужно учитывать возможность механических воздействий на систему, вибрации, электромагнитных волн, агрессивных сред.
• Наличие температурных перепадов системы, максимально возможные состояния.
• Насколько важна точность измерений уровня, один из важнейших параметров.

Примеры датчиков, их параметры и область применения

• Датчик емкостной ДЕ-1. Область применения: во взрывоопасных средах металлургической, химической промышленности, и др. Отслеживание величины уровня, а также значений температуры жидких сред и сыпучих материалов. Питание осуществляется 8 .. 30В постоянного тока. применяются в системах аварийной защиты.
• ЭСУ-1К сигнализатор уровня. Корпус сделан из фторопласта и стали. Размещают во взрывоопасных средах. Источник питания располагается вне опасной среды. питание 127…220В. Измерение жидких материалов таких как вода, спирт, нефть. Чувствительный элемент помещается в измеряемый материал, принцип действия емкостной. Материал блока питания из алюминиевого сплава.
• РУ-305 реле уровня. Отслеживание состояния уровня жидких веществ. Взрывобезопасное исполнение. Температура использования -50..+50С. Не используются в химически агрессивных средах. Строго работают в одном положении, наклон недопустим. Работает измерение путем перемещающегося поплавка с магнитом. Отрабатывает путем срабатывания герконов. Точность измерений до 5мм. питание 220В, ток 1А.
• Сигнализатор уровня СУ-100. Измерение уровня жидких и твердых веществ. Напряжение питания 24В. В составе имеется электромагнитное реле, чувствительный элемент помещается непосредственно в исследуемую жидкость. Измеряют предельное положение твердых веществ: песок, гравий, зерна.
• Rosemount 5600 радарный уровнемер. Бесконтактное измерение любого вида веществ. Важна правильность установки, от этого зависит точность измерений. Питание 24-240В. Прибор не терпит электромагнитных излучений. Взрывозащитный корпус. Имеет блок дисплея. Для уровнемера разработано собственное приложение, упрощающее настройку . Применяется для измерения температуры в емкости. Для правильного полноценного использования возможностей уровнемера требуется квалифицированная настройка прибора. Необходимо использовать параметры при настройке: расстояние между опорной точкой и уровнем;
• внутренний диаметр трубы;
• длина подсоединения уровнемера.

Существует огромное количество разновидностей датчиков в продаже . Выбор необходимо остановить на наиболее экономически выгодном варианте для конкретного проекта.

Контроллер уровня воды в баке своими руками

ЗАКАЗАТЬ МOЖНО НА ОФИЦИАЛЬНOM САЙТЕ САЙTTЕ

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ И ОСОБЕННОСТИ ВЫБОРА

Сфера применения распространяется на воду и водные растворы, нефтепродукты и смазочные материалы, пищевые напитки и стоки. При достаточной защищенности корпуса или бесконтактном замере такие датчики отслеживают уровень щелочей, кислот и вязких сред, включая агрессивные. Один и тот же тип датчика при этом может использоваться для разных целей.

В частности, при работе с водой и любыми невязкими жидкостями отличные результаты обеспечивают ультразвуковые, поплавковые, вибрационные, оптические, емкостные и гидростатические сигнализаторы и уровнемеры.

При работе с растворами кислот предпочтение отдается емкостным, вибрационным и герконовым датчикам. Для контроля пенных или липких сред лучше всего подходят емкостные радиочастотные приборы. При высокой вязкости рабочей среды помимо них стоит использовать вибрационные или ультразвуковые бесконтактные разновидности.

При подборе конкретного прибора последовательно учитывается:

• состав и физико-химические параметры рабочей жидкости;
• объем, форма и материал стенок резервуаров (некоторые датчики требуют врезки в стенки, что не всегда допустимо);
• потребность в постоянном мониторинге или допустимость использования сигналов о достижении предельных значений;
• коммутационные и интеграционные возможности приборов, требования к монтажу и обслуживанию.

При выборе датчиков для бытовых целей предпочтение отдается энергонезависимым, неприхотливым, надежным и долговечным устройствам. Большинство частных задач (отслеживание уровня воды насоса, колодца, бассейна) решает поплавковый кабельный датчик.

При необходимости постоянного контроля уровня воды в скважине устанавливаются гидростатические уровнемеры или сигнализаторы. Остальные разновидности использовать для этих целей нецелесообразно.

  *  *  *

2014-2022 г.г. Все права защищены.Материалы сайта имеют ознакомительный характер, могут выражать мнение автора и не подлежат использованию в качестве руководящих и нормативных документов.

ОБЛАСТЬ И ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ, ТРЕБОВАНИЯ К РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ

Датчики кондуктометрического типа успешно используются для измерения уровня жидкостей с проводимостью от 0,2 См/м, температурой до +350 °С и давлением в пределах 6,3 МПа. Точные значения характеристик зависят от материалов корпуса и изоляции и в обязательном порядке указываются производителем.

К самым распространенным типам рабочих жидкостей относят:

• водопроводную, техническую и морскую воду;
• слабые растворы солей, щелочей и кислот;
• сточные и дренажные воды;
• пищевые жидкости (квас, пиво, молоко, напитки).

Стандартной областью применения кондуктометрических датчиков считается измерение уровня жидкости в пищевой, химической и с/х промышленности и энергетике. В частности, их устанавливают в САУ линий производства продуктов и напитков, системах водоподготовки и снабжения, очистных, поливочных и дренажных сооружениях.

Безотказная работа при избыточном давлении делает возможной их эксплуатацию в котельных, насосных станциях и гидросооружениях. Тип рабочей емкости может быть любым, включая открытые и закрытые товарные резервуары разной формы и объема.

Датчики такого типа не предназначены для контроля за уровнем вязких, клейких или диэлектрических жидкостей. Ограничением к применению также может стать чрезмерное вспенивание или парение рабочей среды (в этом случае их заменяют более совершенными модификациями или другими типами ИП).

Производители решают эту проблему путем подбора разных материалов, учет их рекомендаций при выборе датчика с учетом параметров рабочей жидкости обязателен.

2012-2021 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Преимущества использования гидростатического датчика уровня

С помощью гидростатического уровнемера можно измерить столб жидкости при глубине погружения до 100-250 м. Также есть модели в специальном исполнении, для глубоководных замеров. Ключевыми преимуществами таких устройств считаются:

• Надежные комплектующие, в том числе мембраны из нержавеющей стали и герметично изолированный корпус (класс защиты IP68) – стальной либо титановый;
• В кабеле предусматривается воздухопроницаемый, но водонепроницаемый фильтр;
• Возможность выбора длины (должна превышать максимальный уровень жидкости) и материала кабеля с учетом плотности и агрессивности измеряемых сред (для воды и жидкостей на водной основе, для масел, концентрированных кислот и щелочей или высокотемпературных жидкостей, нагретых до +125 градусов);
• Наличие дополнительных датчиков температуры, молниезащиты в определенных моделях, а также взрывозащищенное исполнение в ряде случаев;
• Возможность использования в тяжелых условиях и на большой глубине;
• Надежность и долговечность измерительного устройства, его легкая очистка (достаточно просто извлечь корпус из жидкости).

В каталоге компании Измеркон представлены модели, созданные для систем водоснабжения, для нужд гидрогеологии, а также для очистных сооружений. Также в наличии промышленные преобразователи уровня (в том числе с цифровым интерфейсом).