В различных сферах производственной деятельности используются жидкостные и сыпучие среды. Данное сырье может выполнять разные функции, но зачастую технологии его применения предусматривают контроль заполнения ими емкостей, бункеров и резервуаров. Для этого применяются специальные сигнализаторы, которые также можно рассматривать в качестве датчиков и реле контроля. При этом способы индикации и принципы определения уровней заполнения могут быть разными. На рынке представлены сигнализаторы уровня, отличающиеся конструкцией, типом чувствительного элемента и наличием дополнительных функций.
Емкостные датчики
Это наиболее распространенные универсальные сигнализаторы, которые, в зависимости от модели, подходят или для сыпучих, или для жидких сред. В частности, при помощи емкостного сигнализатора оцениваются уровни порошков, гранулированных продуктов, вязких масел, цементных растворов и т. д. Некоторые модификации также позволяют фиксировать наличие инородных тел, сигнализируя об этом на пульт управления. Принцип работы основывается на колебаниях показателя электрической емкости.
Как правило, сигнализатор уровня такого типа располагает чувствительным элементом, который напрямую контактирует с целевым материалом, в постоянном режиме отслеживая диэлектрические показатели воздушной среды. Колебания в регистрируемых частотах преобразуются в сигнал, поступающий на выходное реле управления. Конструкционное исполнение емкостного датчика разнообразно – изготовители выпускают трубчатые, гибкие, тросовые и другие модели.
Поплавковые сигнализаторы
Тоже несложная по устройству и универсальная в применении версия сигнализатора. Стандартное устройство такого датчика предусматривает наличие поплавка, который соединяется с механизмами переключения электромагнитных контактов. В рабочей среде поплавковые детекторы могут располагаться и вертикально, и горизонтально, что также расширяет спектр областей их применения. И все же ограничения по использованию датчиков этого типа есть.
Например, они редко применяются в технологических процессах, где требуется высокая точность показаний и дополнительная индикация свойств рабочей среды. С другой стороны, поплавковый сигнализатор уровня устойчив к неблагоприятным условиям эксплуатации. По этой причине его задействуют в качестве регистратора уровней агрессивных химических продуктов, керосина, морской воды и т. д. В среднем максимальная температура для использования поплавкового сигнализатора составляет 200°С.
Буйковые сигнализаторы
В некотором роде разновидность поплавковых сигнализаторов, но имеющая свои особенности. Основу конструкции формирует буек, который подвешивается на тросе и таким же образом, как поплавковые аналоги, соединяется с контактными механизмами для передачи показаний. Процесс погружения устройства в рабочую жидкую среду способствует изменению нагрузки на трос, что и приводит к размыканию контактов.
Модель достаточно простая по устройству, но у нее есть существенные преимущества. К примеру, буйковый сигнализатор уровня воды способен работать при высоких показателях давления – порядка 20 МПа. Что касается защищенности от агрессивных сред и температурных воздействий, то эти качества определяются конструкцией и материалами изготовления конкретной модели.
Вибрационные сигнализаторы
Более технологичное исполнение сигнализатора, которое может применяться в разных средах – сыпучих и жидких. Принцип действия, как видно из названия, базируется на колебательных движениях. В процессе работы чувствительный элемент устройства производит механические колебания в условиях резонансной частоты. В действие датчик приводится пьезоэлектрическим генератором или другим источником энергии.
Погружение вибрационного сигнализатора уровня провоцирует изменение активности частотных колебаний и электрических параметров в подключенной к датчику цепи. Далее измененные параметры электрической цепи регистрируются в реле как дискретный выходной сигнал. К плюсам вибросигнализаторов можно отнести стойкость к температурным воздействиям, высокому давлению и агрессивным средам. Для многих потребителей также имеет значение и высокая точность таких устройств – погрешность в среднем составляет 1 мм.
Оптические датчики
В оптических сигнализаторах используется световой луч как детектор уровня. Источником может выступать инфракрасная небольшая лампа или лазер. Сам принцип измерения основывается на способности целевого материала отражать, преломлять или пропускать через себя световые потоки.
Важно подчеркнуть, что оптические устройства предусматривают и контактный, и бесконтактный анализ. Поскольку это электронный сигнализатор уровня, то можно рассчитывать и на высокую точность предоставленных результатов. Что касается рабочих материалов, то это могут быть и традиционные среды, и специфические – например, пена или нефтепродукты. Кроме того, оптика дает возможность фиксировать показатели плотности, вязкости и прозрачности материалов.
Ультразвуковые датчики
Как и другая ультразвуковая измерительная аппаратура, датчики уровня этого типа работают на основе оценки акустических колебаний. В качестве источника излучения выступает специальный приемник. Его устанавливают в емкости, после чего запускают процесс фонового распространения ультразвукового поля. В моменты фиксации отклонений в параметрах звуковых волн электроника обращается к выходному реле, замыкая или размыкая цепь.
Погрешность ультразвуковых сигнализаторов уровня в среднем составляет 2 мм, однако этот показатель может быть улучшен в процессе поиска наиболее благоприятного места расположения. Как показывает практика, ультразвуковые модели сигнализаторов весьма требовательны к условиям работы в помещениях. Но в остальном они демонстрируют стабильность эксплуатационных качеств.
Роторные модели сигнализаторов
Это одна из самых распространенных версий электромеханических сигнализаторов, которая чаще всего применяется для работы с сыпучими смесями. Такие устройства могут использоваться на взрывоопасных и пищевых производствах для обслуживания материалов с плотностью порядка 100 г/л и фракцией до 50 мм. В частности, роторный сигнализатор уровня используется в оснащении резервуаров для сахара, зерна, порошков, комбикормов и т. д.
Чувствительный элемент у таких моделей представлен роторной лопаткой, которая вращается в результате передачи усилия от синхронного электродвигателя. Собственно, момент изменения уровня в емкости регистрируется в результате фиксации лопатки целевой средой. Далее в дело вступает электромеханическая начинка, которая размыкает контакты, посылая сигнал на реле контроллера.
Разновидности по типу переключателя
Большинство сигнализаторов работают с переключателями индикационных контактов, которые бывают двух типов – электромеханические и твердотельные. В первом случае используются механические контакты или управляющее реле. К сильным сторонам электромеханики относят возможность работы с большими спектрами напряжений и токов, что повышает точность измерения.
В то же время на такие контакты не воздействуют испарения, поэтому сигнализатор уровня жидкости с электромеханикой допускается к работе в помещениях с повышенным терморежимом. В свою очередь, твердотельные переключатели не имеют двигающихся механических элементов, подверженных износу. То есть в процессе использования этого устройства не потребуется регулярное обновление расходников. Кроме этого, твердотельные приборы быстрее переключаются и отдают отклик системе регистрации сигнала.
Заключение
В выборе подходящего устройства для фиксации уровня заполнения емкостей теми или иными материалами стоит учитывать множество параметров. Начинать стоит с характеристик среды и условий эксплуатации прибора. Это позволит составить представление об оптимальной конструкции и шкале измерения.
На многое в выборе влияет и принцип действия сигнализатора уровня, а также способ передачи информации на реле. Как минимум эти параметры определят точность замера. Не стоит игнорировать и дополнительный функционал. Чем сложнее и дороже сигнализатор, тем больше возможностей для регистрации характеристик среды он обеспечит. Так, помимо уровня физического заполнения емкости, те же оптические и ультразвуковые модели могут передавать информацию о плотности, степени вязкости и других качествах материала.
