Электрические уровнемеры

В электрических уровнемерах изменение уровня жидкости преобразуется в какой-либо электрический сигнал. Из электрических уровнемеров наибольшее распространение получили емкостные и омические. В емкостных уровнемерах используются диэлектрические свойства контролируемых сред; в омических – свойство контролируемой среды проводить электрический ток.

В емкостных уровнемерах чувствительным элементом служит конденсатор, емкость которого изменяется пропорционально изменению уровня жидкости.

Принципиальная схема измерения уровня жидкостей с помощью емкостного уровнемера показана на рисунке 7.6. В сосуд с жидкостью 1, уровень которой необходимо измерять, опущен электрод 2, покрытый изоляционным материалом. Электрод вместе со стенками сосуда образует цилиндрический конденсатор, емкость которого меняется при колебаниях уровня жидкости. Величина емкости измеряется электронным блоком 3, который затем дает сигнал в измерительный прибор 4, представляющий собой релейный элемент в схемах сигнализации достижения определенного уровня или

показывающий прибор в схемах измерения уровня.

1 – сосуд с жидкостью; 2 – электрод; 3 – электронный блок; 4 – измерительный прибор Рисунок 7.6 – Схема измерения емкостным уровнемером

Измерение электрической емкости обычно производится с помощью резонансных и мостовых схем. При резонансном методе контролируемая емкость, включенная параллельно с контуром индуктивности, образует резонансный контур, настроенный на резонанс питающей частоты при определенной начальной емкости преобразователя, которая соответствует наличию или отсутствию контролируемого вещества на заданном уровне. Изменение емкости преобразователя приводит к изменению собственной частоты контура и срыву резонанса. Этот метод используется в большинстве емкостных сигнализаторов уровня.

При мостовом методе контролируемая емкость включается в одно из плеч моста. При измерении уровня изменяется емкость, что вызывает разбаланс моста. Сигнал разбаланса через усилитель подается на показывающий электрический прибор, градуированный в единицах контролируемого уровня. Мостовой метод используется в большинстве емкостных уровнемеров.

Чувствительный элемент емкостного уровнемера может быть выполнен в виде двух концентрических труб, пространство между

которыми заполняется средой (рисунок 7.7, б), либо в виде стержня, при этом роль второй обкладки играет пассивный зонд (рисунок 7.7,в) или металлическая стенка емкости (рисунок 7.7,а, г).

а) б) в)

а – активный зонд и проводящая стена в качестве ответного зонда б – активный зонд и ответный зонд в качестве коаксиальной трубы

в – активный зонд и ответный пассивный зонд

г – измерение в среде сыпучих материалов в емкости с проводящей

стеной в качестве ответного зонда

Рисунок 7.7 – Варианты монтажа емкостных уровнемеров

В случае проводящей жидкости чувствительный элемент покрывается изолятором, обычно фторопластом. Изменение уровня жидкости приводит к изменению емкости конденсатора, преобразуемой в выходной электрический сигнал. Действие кондуктометрического (омического) уровнемера основано на измерении сопротивления между электродами,

помещенными в измеряемую среду (одним из электродов может быть токопроводящая стенка резервуара или аппарата). Омические уровнемеры используются главным образом в качестве сигнализаторов уровня. Принцип действия омических сигнализаторов основан на замыкании электрической цепи источника питания через контролируемую среду, представляющую собой участок обладающий определенным омическим

электрической цепи, сопротивлением. Практически омические сигнализаторы применены для сред с проводимостью от 2 • Сигнализатор (рисунок 7.8) состоит из двух узлов: преобразователя и блока питан 3

уровня могут быть 10³сим/м и выше.

X

220В

1 – преобразователь; 2 – трансформатор; 3 – реле; 4 – сигнальная лампа; 5 – контакты реле; 6 – электроды.

Рисунок 7.8 – Сигнализатор уровня электропроводных жидкостей

Преобразователь включает два изолированных друг от друга электрода 6 с клеммами для присоединения проводов. Блок питания состоит из понижающего трансформатора 2 и реле 3 (типа МКУ-48). Если уровень жидкости ниже электродов, электрическая цепь между электродами разомкнута. Когда уровень жидкости повысится, электроды замкнутся и по цепи потечет ток. Во вторичной обмотке, трансформатора будет индуктироваться напряжение, по катушке реле 3 потечет ток, и контакты 5 замкнут цепь сигнальной лампы 4.

На российском рынке представлены кондуктометрические уровнемеры как отечественного, так и импортного производства. На рисунке 7.9 показан пример применения кондуктометрического датчика-реле уровня жидкости РОС-301(Россия, г. Рязань). Датчик-реле предназначен для контроля (сигнализации) трех уровней электропроводных жидкостей по трем независимым каналам в одном или различных резервуарах. Применяется для контроля воды (водопроводной, технической), сточных вод, щелочных, кислотных растворов, для работы в системах котловой автоматики, очистных, дренажных сооружений.

Рисунок 7.8 – Пример применения кондуктометрического датчика-реле уровня жидкости РОС-301

Кондуктометрические датчики FLX (рисунок 7.9) – это компактные сигнализаторы уровня, основанные на

кондуктометрическом принципе работы. Части сигнализатора уровня, контактирующие со средой, выполнены нержавеющей стали.

Между электродом и проводящей стенкой емкости циркулирует слабый ток. В непроводящих емкостях ток циркулирует между концевым элементом и остальной частью электрода. Сигнала по току нет, пока чувствительный элемент (электрод) не контактирует с проводящей жидкостью. Когда жидкость касается электрода, поступает слабый ток. Ток усиливается (благодаря встроенному усилителю) и активирует встроенное реле с помощью изолированного селекторного переключателя.

Датчики предназначены для использования в пищевой,

химической, фармацевтической промышленности.

а) б)

а – внешний вид датчика; б – примеры использования датчиков:

1 – определение максимального уровня в емкости

2 – определение минимального уровня в емкости

3 – защита насоса от "сухого" хода

4 – удлиненное исполнение датчика для определения уровня при

вертикальном монтаже

Рисунок 7.9 –Датчики уровня кондуктометрические Klay FLX

Основной недостаток электрических уровнемеров – невозможность их применения в средах вязких, кристаллизующихся, дающих твердые осадки и налипающих на электроды преобразователей.