Какими бывают датчики уровня воды в баке и как их выбрать?

Датчики уровня воды предназначаются для отслеживания и регулировки уровня жидкостей в ёмкости. Имеются и иные виды датчиков, регулирующих количество сыпучих сред в баках. Используются уровнемеры и в промышленности, и в быту. Виды их и принципы работы многообразны.

Датчик уровня воды в баке и иных ёмкостях применяется в системах контроля, организуемых в целях автоматизации ряда производственных процессов. Когда контролируемая по уровню жидкая среда достигает определённой отметки, то такой датчик сигнализирует об этом, а система контроля реагирует на этот сигнал определённым образом. Уровнемеры применяются и в быту, например, в запорной арматуре для унитазов или в системах, отключающих насос скважины.

Конструктивные особенности датчиков характеризуются рядом общих параметров.

1. По функциональному признаку их разделяют на сигнализирующие устройства и уровнемеры. Сигнализаторы контролируют конкретную отметку заполнения ёмкости (наибольшую или наименьшую). Уровнемеры осуществляют непрерывный контроль уровня технологической среды.
2. Изделия эти многообразны, а в принцип их действия могут быть заложены гидростатические законы, свойства электропроводности, магнетизма, оптики, акустики и прочее. Одновременно это является и основным параметром, определяющим сферы их применения.
3. Метод измерения может быть контактным или бесконтактным.
4. Ключевые конструктивные особенности датчиков определяются качествами технологических сред, в которых они используются.

По принципу действия сигнализирующие устройства делят на виды:

• поплавочные;
• ультразвуковые;
• устройства, действующие на емкостном принципе;
• электродные;
• радарные;
• использующие принципы гидростатики.

Поплавочные – наиболее просты конструктивно, они действуют как обычный клапан, а автоматика здесь минимальна. Собственно, этим и обеспечивается их надёжность. В конструкцию входит поплавок с магнитом и два геркона, которые устанавливаются на определённых, контрольных уровнях. Принцип действия, кратко:

• при полном опустошении резервуара поплавок снижается до уровня нижнего геркона, который запускает специальное реле, питающее насос, и вода начинает закачиваться из скважины в резервуар;
• вода подходит к верхнему контролируемому уровню, поплавок приближается к верхнему геркону и включает его, срабатывая;
• геркон выключает реле, после чего насос заканчивает процесс пополнения водой ёмкости.

Поплавочные сигнализаторы поступают в продажу в различных исполнениях, а их настройка проста.

Ультразвуковые датчики – измерители, используемые и для жидких, и для сухих сред, выпускаются и в аналоговом, и в дискретном варианте. Иными словами, они могут прекращать пополнение ёмкостей при достижении определенной отметки или же отслеживать процесс непрерывно. Изделие содержит источник ультразвука, его приемник и особый контроллер, обрабатывающий сигнал.

Порядок работы системы:

• появляется импульс ультразвука, который принимается приёмником;
• происходит анализ длительности затухания сигнала – при полном баке затухание будет коротким, но по мере падения уровня воды оно станет увеличиваться.

Этот вид сигнализаторов является бесконтактным, беспроводным, а потому вполне может применяться в агрессивной или взрывоопасной среде. После изначальной и правильной отладки такой прибор не потребует специального обслуживания, а отсутствие в конструкции каких-либо двигающихся элементов значительно увеличивает сроки его эксплуатации.

Электродные, или кондуктометрические, устройства предназначены для контроля над одним или несколькими уровнями электропроводящих сред. Примером может послужить трехуровневый электронный прибор, где два электрода отслеживают процесс заполнения бака, а третий – аварийный, на случай проведения срочной откачки жидкости.

Емкостные – приборы, предназначеные для определения максимального уровня заполнения резервуаров. Применяются для жидких и сыпучих сред. Принцип срабатывания прибора аналогичен работе конденсатора – замеры емкости между особыми чувствительными пластинами. Когда объем достигает критической отметки, поступает импульс на контроллер. В отдельных вариантах задействуется исполнение «сухой контакт», то есть прибор срабатывает через стенку ёмкости, вне доступности к технологической среде.

Эти приборы функционируют в больших температурных диапазонах, на них не действует электромагнитное поле, а процесс срабатывания возможен на значительных расстояниях. Такие параметры устройств значительно расширяют сферы их использования вплоть до экстремальных условий применения.

Радарные – универсальные датчики, работающие с любыми средами, включая агрессивные и взрывоопасные, независимо от степени давления и температурных режимов. В основе устройства находится излучатель радиоволн и приёмник, который получает отражённый сигнал. Время его задержки определяет степень наполнения ёмкости. На показатели прибора не влияет даже степень запылённости среды (в отличие от лазерных датчиков). Погрешность прибора не превышает 1 мм.

Гидростатические устройства измеряют и наибольшую степень заполнения ёмкости, и её текущую наполненность. Прибор работает на принципе измерения степени давления, производимого соответствующим жидкостным столбом. Дешевизна устройства и небольшая погрешность показаний сделали его весьма ходовым в промышленности.

Обратимся к примерам самых надёжных и точных устройств.

• ДЕ-1 – пример емкостного датчика, используемого для агрессивных сред в металлургии и химии. Контролирует температурные и уровневые параметры сыпучих и жидкостных сред. Надёжность прибора позволяет использовать его в конструкциях, обеспечивающих аварийную защиту.

• ЭСУ-1 – определитель уровня, корпус которого выполнен из стали. Подавляющее большинство таких устройств используют для контроля над агрессивными и взрывоопасными средами. При этом источник энергии вынесен за пределы самого прибора. Устройство способно определять уровень нефтепродуктов и спиртов.

• РУ-305 – реле (регулятор) степени заполнения ёмкостей жидкими средами. Корпусная его часть выполнена из специального материала, выдерживающего значительные температурные перепады (от-50 до +50°С). Датчик запрещён к применению в активных химических средах. Минусом прибора является его способность срабатывать исключительно в конкретном положении (без наклонов). Замеры осуществляются с помощью перемещения магнита с поплавком и его взаимодействия с герконами.

• СУ-100 – этот прибор контролирует уровень сухих и жидких консистенций. В основе конструкции находится электромагнитное реле.

• Rosemount 5600 – один из типов радарных приспособлений, способных производить замеры в любых средах. Требует правильной установки, при которой обеспечивает высокую точность измерений. Однако на степени точности его показаний могут негативно сказываться воздействия электромагнитных полей. Корпус изделия взрывозащитный, оснащён специальным дисплеем, где высвечиваются отслеживаемые параметры. Устройство может применяться для выполнения температурных замеров в ёмкостях. Нуждается в высококвалифицированной настройке, при которой учитывается диаметр труб, длина прибора и дистанция между уровнем и его опорной отметкой.

Выбор уровнемера для воды зависит от ряда факторов, главные из них:

• состав жидкости и посторонние включения изменяют параметры плотности и электропроводности раствора, что приводит к искажению замеряемых параметров;
• следует учитывать объемы ёмкостей и особенности материалов, из которых они изготовлены;
• особенности функционального назначения резервуара для хранения жидкости;
• допустимость и возможность интеграции в схему автоматизированной управляющей системы;
• коммутационные особенности приборов.

Приведённый перечень возможных критериев отбора устройств является далеко не исчерпывающим. Конечно, для выбора бытовых устройств можно ограничиться объемами ёмкостей, видом срабатывания и особенностями схемы управления.

​​​​Установить, к примеру, поплавковое устройство к насосу абсолютно несложно. Самым простым методом будет его размещение в самой ёмкости. При этом используем поплавок с кабелем и особым грузом. Обычно все это находится в комплекте с прибором.

Порядок действий:

• закрепляем груз на кабеле;
• определяем протяжённость свободного хода поплавка (узнать это можно простым измерением);
• фиксируем защелкой груз на кабеле;
• крепим кабель на внешней стороне бака;
• подключаем устройство к насосу.

Какими бывают датчики уровня воды в баке и как их выбрать, смотрите в видео ниже.