Как правильно выбрать сигнализатор уровня

Существуют различные технологии сигнализаторов уровня, некоторые из которых также применяются для датчиков уровня. В зависимости от того, уровень какого вещества необходимо узнать — жидкость, пастообразное вещество или сыпучий материал — следует выбирать ту или иную технологию.

Среди основных технологий сигнализаторов уровня можно перечислить нижеследующие:

Поплавковый сигнализатор уровня: поплавок поднимается или опускается вслед за жидкостью, вследствие чего срабатывает переключатель.

Емкостный сигнализатор уровня: сигнализатор и резервуар образуют конденсатор, емкость которого изменяется пропорционально изменению уровня жидкости.

Кондуктивный сигнализатор уровня: при контакте электропроводящей жидкости с электродами сигнализатора проходит ток, что приводит в действие переключатель.

Сигнализатор с вибрирующими пластинами или стержнем: стержень или пластины вибрируют со своей собственной частотой, при покрытии вибрирующего элемента материалом возникает затухание колебаний, и на выходе формируется сигнал.

Ротационный сигнализатор уровня: электродвигатель приводит в движение лопасть; при соприкосновении лопасти с веществом, вращение лопасти прекращается, и переключатель выдает сигнал. 

Оптоэлектронный сигнализатор уровня: свет от инфракрасного светодиода отражается от призмы и принимается приемником; когда уровень жидкости достигает призмы, луч уже не отражается, а преломляется в жидкости, и срабатывает переключатель.

Поплавковые сигнализаторы уровня основаны на простом принципе: сочетание поплавка и механического или магнитного переключателя (герконовые переключатели). По своей природе поплавок, помещенный в жидкость, стремится оставаться на поверхности — именно этот эффект используется для того, чтобы по движению поплавка узнать, когда жидкость достигает обозначенной высоты в резервуаре.

Существует 3 основных типа поплавковых сигнализаторов уровня:

• Типа кабельные: сигнализатор состоит из поплавка, привязанного к кабелю. Переключатель (обычно механический) находится внутри поплавка. Когда уровень жидкости достигает поплавка, поплавок меняет угол наклона, что приводит к срабатыванию переключателя. Эта простая, но не очень точная технология, широко используется в насосах для предотвращения холостого хода.
• Типа вертикального монтажа: поплавок перемещается по вертикальной оси. Этот тип датчика использует встроенный в вертикальный шток магнитный переключатель (геркон). Поплавок, оснащенный магнитом, перемещается по штоку и вызывает срабатывание геркона под воздействием магнитного поля, в результате чего сигнализатор посылает сигнал.
• Типа горизонтального монтажа: сигнализатор состоит из поплавка, закрепленного на конце горизонтальной направляющей трубки. Подъем поплавка под действием жидкости вызывает изменение наклона шарнирной оси, что вызывает срабатывание переключателя.

Преимущества:

• Поплавковые сигнализаторы уровня подходят для всех жидкостей при условии совместимости материала сигнализатора с жидкостью (пластик для кислот, нержавеющая сталь для воды и масел и т.д.);
• Они надежны, экономичны и просты в использовании;
• Они не требуют калибровки;
• Эффективность поплавковых сигнализаторов уровня не зависит от природы жидкости, ее электропроводности, давления и температурных условий в резервуаре, наличия паров, пены или кипения на поверхности, однако они подвержены влиянию волн.

Емкостные сигнализаторы уровня основаны на свойствах электрических конденсаторов. Детектор и стенки резервуара образуют два электрода конденсатора, емкость которого (электрическая емкость, выраженная в фарадах) зависит от высоты продукта в резервуаре.

Изменения уровня вызывают изменения емкости, которые преобразуются встроенной электроникой датчика в сигнал переключения.

Преимущества:

• Очень прочная и надежная технология;
• Не требует технического обслуживания;
• Экономичная технология;
• Монтаж сигнализаторов в любом положении;
• Действует с жидкостями и твердыми телами, проводящими и непроводящими; также может использоваться для вязких или липких веществ;
• Технология, устойчивая к высоким рабочим температурам и давлению.

Кондуктивные сигнализаторы уровня используются исключительно с электропроводящими жидкостями. В своей базовой конфигурации они состоят из двух электродов, разделенных воздушным зазором и образующих разомкнутую электрическую цепь (между двумя электродами не проходит ток). При контакте электродов с проводящей жидкостью электрическая цепь замыкается, и между электродами проходит ток, который электроника сигнализатора преобразует в сигнал переключения.

Поэтому данная технология применима только для проводящих жидкостей, таких как кислоты, щелочи и растворы, содержащие воду, в то время как углеводороды, масла и растворители, которые, как правило, имеют очень низкую проводимость, не совместимы с данной технологией.

Подобные сигнализаторы могут использоваться с агрессивными жидкостями, при условии, что изготовлены из материалов, пригодных для этих жидкостей.

Преимущества:

• Простой, надежный и экономичный;
• Многочисленные возможности монтажа;
• Не требует калибровки;
• Возможна сигнализация нескольких точек переключения при выборе сигнализатора с несколькими электродами.

Действие сигнализаторов уровня с вибрирующими пластинами и сигнализаторов уровня с вибрирующим стержнем основано на одном и том же принципе: колебания стержня или пары пластин возбуждаются на резонансной частоте (обычно пьезоэлектрическим элементом). При соприкосновении стержня или пластин с измеряемым продуктом вибрации становятся слабее.

Электроника сигнализатора оценивает амплитуду и частоту колебаний: частота колебаний изменяется в зависимости от плотности среды, в которую погружен сигнализатор, и эти изменения преобразуются в сигнал переключения.

Эта технология не чувствительна к природе или свойствам вещества в резервуаре и может использоваться с жидкостями, гранулированными и порошкообразными твердыми веществами с мелкими или крупными частицами. Эти сигнализаторы также интересны тем, что могут использоваться во взрывоопасных зонах и адаптированы для хранения сырья, за счет чего находят применение в химической и пищевой промышленности.

Преимущества:

• Невосприимчив к природе вещества и его свойствам (электропроводимость, вязкость и гранулометрия), условиям эксплуатации (температура, давление), турбулентности, пене, вибрации и засорению;
• Устойчив к абразивному воздействию;
• Прост в установке и не требует калибровки;
• Система автоматического контроля;
• Не изнашивается в процессе эксплуатации и не требует обслуживания.

Ротационные сигнализаторы уровня состоят из электродвигателя, который через редуктор заставляет вращаться на небольшой скорости вал с одной или несколькими лопастями.

Этот тип сигнализатора используется в силосах, баках, бункерах для обнаружения высоких и низких уровней сыпучих материалов. Продукт, достигая лопастей, блокирует их вращение и останавливает электродвигатель, вследствие чего генерируется сигнал переключения сигнализатора. 

Ротационные сигнализаторы широко используются в силосах для измерения уровня зерна, сахара, какао, кормов для животных, щелочи, мела, штукатурки, цемента, древесной стружки и т.д.

Преимущества:

• Принцип измерения для простых применений;
• Надежная технология;
• Не требует калибровки.

Оптоэлектронный сигнализатор уровня состоит из инфракрасного светодиода и фотоприемника. Свет от светодиода направляется на призму, образующую наконечник датчика. До тех пор, пока наконечник не погружен в жидкость, свет, отражаясь в призме, возвращается к приемнику. Когда уровень жидкости достигает призмы, луч света преломляется в жидкости, и приемник регистрирует снижение интенсивности излучения, в результате чего срабатывает сигнализатор.

Эти сигнализаторы работают со всеми жидкостями, измерение не зависит от физических характеристик жидкостей, таких как плотность, диэлектрическая постоянная, проводимость и коэффициент преломления или цвет.

Эти сигнализаторы прочные, в их конструкции используются стойкие материалы (корпус из нержавеющей стали, призма из боросиликатного стекла или кварца), в них нет подвижных частей, и в процессе только стеклянный наконечник призмы соприкасается с жидкостью. Таким образом, существуют крайне компактные сигнализаторы с минимальной занимаемой площадью в резервуаре, способные функционировать с небольшими объемами продукта.

Преимущества:

• Сигнал не зависит от характеристик жидкости (плотность, диэлектрическая постоянная, проводимость, цвет и коэффициент преломления);
• Этот метод также действует для небольших объемов;
• Не требует калибровки;
• Некоторые модели могут быть использованы в опасных средах.

При выборе сигнализатора уровня прежде всего необходимо определить, какую технологию использовать в зависимости от измеряемого вещества (жидкости, пастообразные или сыпучие материалы), свойств продукта (электропроводящий или непроводящий, агрессивный, абразивный и т.д.), а также наличия пены или турбулентности на поверхности.

После выбора наиболее подходящей технологии необходимо выбрать сигнализатор, который выдерживает условия эксплуатации (давление, температуру) и материалы которого совместимы с измеряемым веществом.

Монтаж — еще один существенный критерий: сигнализаторы могут быть с вертикальным или горизонтальным монтажом, с резьбой или с фланцевым соединением, более или менее компактными.

Наконец, стоит также обратить внимание на выходной сигнал сигнализатора уровня. Существуют различные сигналы переключения: «сухой контакт», транзисторы NPN или PNP.