Поплавковые уровнемеры с магнитным передающим элементом и с индуктивным измерительным преобразователем

Рис. 4.2 Поплавковые уровнемеры с магнитным передающим элементом и с индуктивным измерительным преобразователем.

Создают прецизионные уровнемеры с контактным элементом и сервомеханизмом. При изменении уровня двигатель вращается до установления состояния равновесия или до контакта зонда со средой. При этом измеряется число оборотов двигателя. Для обеспечения точности измерения уровня решающую роль играет конструкция, изоляция и правильное размещение ИП.

Следующим известным механическим чувствительным элементом с линейным перемещением является поплавок. Это один из древнейших видов сенсоров – такой же древний, как ловля рыбы на удочку, когда поплавок используют в качестве сенсора клёва рыбы. В датчиках уровня жидкости используют тот факт, что поплавок перемещается вместе с перемещением поверхности жидкости. А его перемещения могут быть разными способами преобразованы в электрические, визуальные или другие виды сигналов. На рис. 3.6,а например, показан поплавок 1, жестко связанный с подвижной трубкой. При поднятии уровня жидкости, поплавок всплывает, и вместе с ним поднимается трубка. Ее верхний конец виден сквозь прозрачное окошко 2 со шкалой, установленное над резервуаром. В сенсоре, показанном на рис. 3.6,б, поплавок 1 может свободно перемещаться вдоль трубки 3, отслеживая уровень жидкости в резервуаре. Принцип преобразования линейного перемещения поплавка в электрический сигнал раскрывается на рис. 3.6, в, г. Внутри трубки 3 размещена плата с резисторами, последовательно включенными в электрическую цепь, и микропереключателями, которые приводятся в действие магнитным полем.

Рис. 3.6. Поплавковые сенсоры: а – с визуальным отображением; б – с электрическим считыванием; в – электрическая схема; г – внутренняя конструкция; д – с механическим замыканием; е – ареометр

Небольшие постоянные магниты размещены в теле поплавка. В каждый момент срабатывает лишь тот переключатель, который располагается внутри поплавка и поэтому подвержен действию магнитов. Сопротивление электрической цепи прямо зависит от местоположения поплавка и, следовательно, – от уровня жидкости.

Еще одна конструкция поплавкового сенсора показана на рис. 3.6, д. Здесь поплавок жестко прикреплен к одному концу трубки, противоположный конец которой закреплен на оси. При повышении уровня жидкости и всплывании поплавка, трубка поворачивается вокруг оси и при некотором уровне жидкости замыкает электрический контакт или перекрывает отверстие, через которое течет жидкость.

Поплавковые датчики уровня одни из самых недорогих и, вместе с тем, надежных устройств для измерения уровня жидкостей. При правильном выборе, поплавковые датчики уровня могут использоваться для контроля уровня самых разных продуктов, начиная от сточных вод, химически агрессивных жидкостей или пищевых продуктов. Высокие или низкие температуры, наличие пены, пузырьков или, например, работающей мешалки так же перестает быть проблемой при правильном выборе метода измерения.

По конструкции поплавковые датчики уровня могут быть разделены на несколько видов.

Самым простым является датчик с поплавком, передвигающимся по вертикальному штоку. Внутри поплавка, как правило, находится постоянный магнит, а в штоке, представляющем из себя полую трубку, находятся герконы. Плавая на поверхности жидкости поплавок передвигается по штоку датчика вслед за изменением уровня и, проходя мимо герконов внутри штока, замыкает или наоборот размыкает их. Сигнализируя о достижении определенного уровня. Внутри штока могут располагаться сразу несколько герконов и, соответственно, один такой датчик может сигнализировать сразу о нескольких значениях уровня жидкости, например минимальном и максимальном.

Поплавковый датчик уровня такой конструкции может так же измерять непрерывный уровень жидкости и выдавать сигнал в виде сопротивления, пропорционального уровню жидкости, либо в виде стандартного токового сигнала 4-20мА. Для этого герконы внутри штока соединены параллельно с резисторами, как показано на рисунке. Поплавок, передвигаясь вслед за изменением уровня жидкости, замыкает разные герконы, вызывая изменение общего сопротивления датчика уровня. Такие датчики уровня обычно устанавливаются сверху емкости, и их длина может достигать трех метров.

Отдельной областью применения для поплавковых датчиков уровня можно назвать контроль уровня жидкости в транспортных средствах. Прежде всего это задачи по контролю за объемом топлива в тяжелой технике: грузовиках, экскаваторах, тепловозах. Здесь датчики уровня работают в условиях сильной вибрации и волнения на поверхности жидкости. Для устранения влияния этих факторов поплавковый датчик помещают в специальную демпферную трубу, диаметром чуть большую, чем диаметр поплавка.

Если установка датчика сверху емкости невозможна, то поплавковый датчик уровня можно вмонтировать в стенку емкости. В этом случае поплавок с магнитом крепится на шарнире, а герконовый выключатель обычно в корпусе датчика. Такие датчики срабатывают, когда жидкость достигает поплавка и предназначены для сигнализации предельного уровня.

Датчики могут работать при температурах до 200ºС в химически агрессивных средах. Следует помнить, что датчики уровня такого типа не подходят для измерения липких и засыхающих жидкостей, жидкостей с механическими включениями, а так же в случае замерзания жидкости.

Если в жидкости высокая концентрация твердых включений, существует вероятность замерзания или создания липкого слоя на оборудовании, то для контроля уровня в этом случае можно использовать поплавковый датчик уровня на гибком кабеле. Датчик уровня такого типа представляет собой пластиковый цилиндр или сферу, внутри которой находится механический или герконовый переключатель и металлический шарик. Такой датчик уровня крепится за кабель на нужной глубине, и когда уровень жидкости достигает поплавка, то он переворачивается и металлический шарик внутри него активирует геркон или механический переключатель.