Датчики уровня жидкости в резервуаре ультразвуковые

Датчики уровня жидкости в резервуаре позволяют как производить текущее измерение количества заправленной жидкости, так и сообщать о достижении предельных ее значений. Такие приборы состоят из чувствительного сенсора, реагирующего на определенные физические параметры, и схемы измерения, контроля и индикации. В зависимости от области применения используются устройства, различающиеся принципом своего действия.

Информация, изложенная в статье, поможет узнать о принципах работы датчиков разных типов и областях их применения. Будет осуществлен краткий обзор их достоинств и недостатков, указаны основные зарекомендовавшие себя на рынке производители.

Классификация приборов

Датчики уровня жидкости в резервуаре могут быть уровнемерами или сигнализаторами. Первые из них предназначены для постоянного измерения уровня жидкости в текущий момент времени. Они используют сенсоры, работающие на разных физических принципах. Дальнейшую обработку поступающих от них сигналов производят аналоговые или цифровые электронные схемы, входящие в состав уровнемеров. Полученные показатели отображаются на элементах индикации.

Сигнализаторы предупреждают о достижении определенного, заранее установленного элементами настройки значения уровня жидкости в емкости. Другое их название – датчики уровня воды в резервуаре для отключения ее дальнейшей подачи. Их выходной сигнал является дискретным. Предупреждение может выдаваться в виде световой или звуковой сигнализации. При этом происходит автоматическая блокировка работы систем заправки или слива жидкости.

Методы измерения уровня

В зависимости от свойств жидкости, уровень которой в резервуаре требуется определить, используются следующие методы измерения:

• контактный, при котором осуществляется непосредственное взаимодействие датчика уровня жидкости в резервуаре или его части с измеряемой средой;
• бесконтактный, позволяющий избежать прямого взаимодействия датчика с жидкостью (ввиду ее агрессивных свойств или высокой вязкости).

Контактные устройства располагаются в емкости непосредственно на поверхности измеряемой жидкости (поплавки), в ее глубине (гидростатические манометры), либо на стенке резервуара на определенной высоте (пластинчатые конденсаторы). Для бесконтактных измерителей (радарных, ультразвуковых) необходимо обеспечить зону прямой видимости поверхности измеряемой жидкости и отсутствие прямого соприкосновения с ней.

Принципы действия

Как уровнемеры, так и сигнализаторы для выполнения своих функций используют разные принципы действия. Наибольшее распространение получили устройства следующих типов:

• поплавковые датчики уровня жидкости в резервуаре;
• емкостные;
• гидростатические датчики уровня жидкости;
• устройства радарного типа;
• ультразвуковые датчики.

Поплавковые, в свою очередь, могут быть механическими, дискретными и магнитострикционными. Первые три группы датчиков включают в себя устройства, использующие контактный метод измерения, две другие относятся к бесконтактным устройствам.

Механические поплавковые датчики

Легкий поплавок, постоянно находящийся на поверхности жидкости в резервуаре, системой механических рычагов связан со средним выводом потенциометра, который является плечом моста сопротивлений. При минимальном количестве жидкости в емкости мост считается сбалансированным. Напряжение в его измерительной диагонали отсутствует.

По мере заполнения резервуара поплавок отслеживает положение уровня жидкости, перемещая через систему рычагов подвижный контакт потенциометра. Изменение сопротивления потенциометра приводит к нарушению сбалансированного состояния моста. Появившееся напряжение в его измерительной диагонали используется электронной схемой системы индикации. Ее аналоговые или цифровые показания соответствуют количеству жидкости в резервуаре в текущий момент времени.

Дискретные поплавковые датчики

Дискретный сигнал в виде замыкания или размыкания контактов герконового реле используется схемой электронной индикации и сигнализации для оповещения о достижении уровня жидкости в емкости определенного значения. Металлические контакты, выполненные из материала с низким переходным сопротивлением при их замыкании, помещены в полую изолированную стеклянную колбу.

Датчик уровня воды в резервуаре с дискретным выходом имеет в своем составе направляющую в виде полой трубки, в которую не попадает жидкость из резервуара. Внутри направляющей закреплены контакты одного или нескольких герконовых реле. Место их расположения зависит от того, в каком случае необходимо получить сигнализацию о достижении уровнем жидкости заданного значения.

Поплавок датчика со встроенным в него небольшим постоянным магнитом движется вдоль направляющей при изменении уровня жидкости в емкости. Срабатывание контактной группы происходит в момент ее попадания в магнитное поле постоянного магнита поплавка. Сигнал по проводам, подключенным к контактам датчика уровня воды в емкости геркона, поступает на схему сигнализации.

Магнитострикционные поплавковые датчики

Датчики этого типа выдают постоянный сигнал, зависящий от уровня жидкости в резервуаре. Основным элементом, как и в предыдущем случае, является поплавок с постоянным магнитом внутри, занимающий свое положение на поверхности жидкости и перемещающийся в вертикальной плоскости вдоль направляющей.

Внутреннюю полость направляющей, изолированную от жидкости, занимает волновод. Он выполнен из магнитострикционного материала. В нижней части элемента расположен источник импульсов тока, которые распространяются вдоль него.

При достижении излученного импульса места нахождения поплавка с магнитом происходит взаимодействие двух магнитных полей. Результатом такого взаимодействия является возникновение механических колебаний, которые распространяются обратно по волноводу.

Рядом с импульсным генератором закреплен пьезоэлемент, который фиксирует механические колебания. Внешняя электронная схема анализирует временную задержку между излученным и полученным импульсами и вычисляет расстояние до поплавка, который постоянно находится на поверхности жидкости. Схема индикации постоянно сообщает об уровне жидкости в резервуаре.

Емкостные датчики

Работа датчиков этого типа основана на свойствах конденсатора изменять свою электрическую емкость при изменении показателя диэлектрической проницаемости материала, заполняющего пространство между его обкладками. Применяются конденсаторы коаксиального типа, представляющие собой пару соосных пустотелых металлических цилиндров разного диаметра.

Последние являются обкладками конденсатора, между которыми может свободно проникать жидкость. Показатели диэлектрической проницаемости воздуха и жидкой среды имеют разные значения. Заполнение резервуара приводит к изменению значения общей диэлектрической проницаемости коаксиального конденсатора и, соответственно, его электрической емкости.

Частота колебательного контура, в цепь которого включен конденсатор, изменяется пропорционально изменению его емкости. Электронный преобразователь частота/напряжение отслеживает это изменение и выдает на индикацию значение, пропорциональное степени заполнения резервуара.

Гидростатические датчики

Другое название такого устройства – детектор, или преобразователь давления. Они могут быть стационарными, закрепленными в нижней точке емкости, заполняемой жидкостью, или переносными. В последнем случае преобразователи давления комплектуются кабелем значительной длины. Это позволяет использовать их для резервуаров разных геометрических размеров.

Чувствительный элемент гидростатического датчика представляет собой мембрану, которая воспринимает давление столба жидкости над собой. Его настройка выполнена таким образом, что атмосферное давление не приводит к деформации мембраны. По величине давления в точке измерения можно определить высоту столба жидкости или степень заполнения резервуара.

Величина деформации мембраны преобразуется в пропорциональный электрический показатель, который затем используется для отображения уровня жидкости в резервуаре. Применяются поправки, учитывающие плотность измеряемой среды и ускорение свободного падения в точке измерения.

Датчики радарного типа

Датчик уровня жидкости емкости использует бесконтактный метод измерения, основанный на свойствах этой среды любой плотности и вязкости отражать электрический сигнал. Частота излучаемого сигнала радиолокатора, расположенного над поверхностью измеряемого уровня жидкости, изменяется по линейному закону.

Отраженный от поверхности, он приходит на приемное устройство с задержкой, определяемой длиной пройденного пути. Таким образом, между частотами двух сигналов присутствует разница. По величине сдвига частоты анализирующее устройство локатора определяет пройденный сигналом путь или уровень отражающей жидкости относительно места расположения радиолокатора.

Ультразвуковые датчики уровня

Схема измерения, использующаяся для датчиков этого типа, соответствует рассмотренной в предыдущем разделе статьи. Локационный метод измерения применяется в ультразвуковом диапазоне длин волн.

Полученные данные определяют разницу во времени между излученным передатчиком и принятым приемником сигналами. Используя данные о скорости распространения ультразвука в пространстве над поверхностью жидкости, анализирующее устройство определяет расстояние, пройденное сигналом, или уровень жидкости в резервуаре.

Краткий обзор производителей

Датчики уровня жидкости в резервуаре “ОВЕН” позволяют производить необходимые измерения на высоком уровне. Рекламу их продукции можно встретить на многих зарубежных сайтах.

Заслуживает внимания продукция отечественного разработчика и производителя L-CARD, внесенного в Госреестр средств измерений. Alta Group, находящаяся на рынке России более 10 лет, имеет заслуженные положительные отзывы.

Заключение

Датчики уровня жидкости в резервуаре следует выбирать, исходя из условий их использования, свойств жидкостей, требуемых показателей точности измерения. Наиболее верные показания можно получить при использовании датчиков радарного типа, магнитострикционных измерителей.

Надо помнить, что абсолютная точность требует более высоких материальных затрат. Поплавковые датчики и сигнализаторы – наиболее простые устройства, но их применение ограничено условиями вибрации из-за вспенивания жидкости, ее вязкостью, агрессивностью среды.

Оптимальным решением, исходя из соотношения цена/качество, является использование гидростатических и емкостных датчиков при условии выполнения ограничений, налагаемых на свойства измеряемой жидкости.

Источник: FB.ru

Гидростатические датчики уровня

Устройства работающие с гидростатическим уровнем основаны на принципе зависимости давления жидкости от глубины погружения. Погружаемые датчики уровня работают на основе измерения гидростатического давления образуемого столбом жидкости расположенной над устройством и эти устройства дают линейный выходной сигнал 4-20 мА пропорциональный уровню.

езорезистивный сенсор давления погружается ниже уровня и выходной сигнал коррелирует с уровнем, давая показания в футах или метрах водяного столба. Приборы для измерения гидравлического давления, такие как погружные датчики уровня компании Dwyer имеют самую низкую стоимость по сравнению с другими технологиями измерения уровня жидкости. Они характеризуются легкой установкой с характерным отличием для соответствия требованиям различных приложений.

Погружаемые датчики уровня серии SBLT и датчики MBLT компании Dwyer имеют малые отверстия для давления и они предназначены для работы с чистой водой. Погружаемый датчик MBLT имеет малый диаметр корпуса (1.63см) и используется для приложений связанных со скважинами. Как более прочные устройства мы предлагаем нашу серию датчиков уровня PBLT и FBLT, которая не имеет отверстия для давления, что делает ее идеальной для шламов и суспензий. Некоторые преимущества этой технологии измерения уровня состоят в том, что жидкость может содержать пар, пену или любую другую форму, возникающую от перемешивания жидкости. Некоторые недостатки технологии с погружением состоят в том, что Вы ограничиваетесь использованием только жидкостей с низкой вязкостью в специальном диапазоне измерений совместимым со смачиваемыми материалами и эти устройства могут использоваться только в приложениях, где в резервуаре нет давления.

андартные устройства калибруются для воды. Другое важное замечание состоит в том, что эти устройства измеряют разность давлений по отношению к атмосферному давлению и поэтому важно, чтобы на устройстве использовалась вентиляционная трубка с атмосферой и эта трубка должна быть чистой. Вентиляционная трубка должна также быть без влаги, которая может конденсироваться, нанеся вред электрическим компонентам. Наши устройства поставляются с гидрофобным тефлоновым фильтром для того, чтобы избежать любого появления влаги, так же можно приобрести фильтр А-297 для более высокого содержания влаги в окружающей среде.

Ультразвуковые датчики уровня

Ультразвуковые датчики уровня жидкости работают на принципе высокочастотных акустических сигналов, которые отражаются от поверхности среды и детектируются устройством. Время прохода сигнала от датчика до поверхности и назад до сенсора взаимосвязано с уровнем. Некоторые преимущества использования ультразвуковых датчиков уровня состоят в том, что обеспечивается бесконтактное измерение, которое фактически исключает любое касание и оно удобно для измерения уровня жидкостей с высокой вязкостью и не надо учитывать их плотность.

лный диапазон измерения ультразвукового сенсора программируется и характеризуется высокой точностью. Ультразвуковые сенсоры могут использоваться для измерения высоты уровня в желобах и водосливах для того, чтобы рассчитать расход в открытых каналах, как это предлагает наша серия ультразвуковых датчиков уровня жидкости ULF. Некоторые недостатки ультразвукового измерения уровня состоят в том, что они не могут использоваться в приложениях с высокой турбулентностью или в приложениях, которые могут иметь выделения пара, пену или сильное разнообразие в концентрации материала процесса. Турбулентность и пена создают препятствие звуковой волне для правильного отражения назад на сенсор, тогда как пар и испарения поглощают акустический сигнал. Для предотвращения некоторых из этих явлений могут использоваться отстойники, но это необходимо учитывать перед приобретением ультразвукового устройства для таких приложений. Резервуары с высоким давлением и емкости под вакуумом имеют различные коэффициенты для распространения звука и на ультразвуковые устройства для измерения уровня могут оказывать воздействия изменяющиеся коэффициенты распространения звука от влаги, температуры или давления. Коэффициенты коррекции могут использоваться для измерения уровня для улучшения точности измерений и они вводятся в программу нашей серии контроллера уровня жидкости UTC и ультразвуковых датчиков UTS.

Для правильного использования этих датчиков уровня, требуется установка в верхней точке, что иногда делает монтаж достаточно трудным. Надо учитывать, что устройство передает и получает ультразвуковые сигналы и малое расстояние от датчика в месте, где есть механические вибрации, не дает возможности сенсору достаточно облучить материал и поэтому страдает точность измерения высоты уровня. Известно, что малое расстояние дает зону нечувствительности и она должна учитываться при оценке высоты уровня технологического процесса. Наша серия ультразвуковых датчиков уровня жидкостей ULT характеризуется программным отображением распределения инородных элементов для резервуара, таких как лестницы, трубы или мешалки, малая зона нечувствительности и имеет эффективную зону чувствительности только 7,6 см.

Емкостные датчики уровня

Емкостные датчики уровня жидкости используют низкую радиочастоту для измерения проводимости тока в замкнутой цепи, которая пропорционально зависит от уровня в приложении. Важно помнить, что емкость является функцией диэлектрической проницаемости жидкости, площади поверхности емкости, датчика и расстояние. Все постоянные должны поддерживаться одинаковыми только для технологической среды, разрешенной для измерения уровня и при замене этой среды. Некоторые преимущества, которые есть в емкостном датчике уровня CRF2, заключаются в вертикальном монтаже, покрытии из материала FEP, который увеличивает химическую совместимость и тот факт, что устройство хорошо работает с жидкостями с твердыми частицами. Емкостные устройства для измерения уровня не эффективны для порошка, пены или для материалов с различающимся удельным весом и оно имеет программируемый диапазон работы. Некоторые недостатки использования емкостных датчиков измерения уровня заключаются в том, что когда они используются в приложениях с неметаллическими резервуарами или емкостями с нерегулярной формой стенок, для правильности работы должно использоваться опорное заземление датчика и поэтому оно должно приобретаться одновременно с датчиком при его заказе. Важно, чтобы диэлектрическая проницаемость измеряемой среды была больше чем 3. Как замечено емкость зависит от площади поверхности и поэтому мы не рекомендуем приобретение датчиков по длине меньшей, чем 60 см.

Направленный волновой радар

Направленный волновой радар использует то, что называется как TDR или Технология рефлектометрии по интервалу времени. По этой технологии импульсы распространяются вперед от датчика с большими скоростями до поверхности среды и когда они достигают среды часть энергии отражается назад к датчику. Время между передачей сигнала и приемом используется для определения уровня жидкости. Преимущества использования радара состоят в вертикальной установке в верхней части резервуара и тем фактом, что радар может использоваться с жидкостями с плавающими твердыми частицами или покрывающими жидкостями. Другая особенность этой технологии состоит в нечувствительности к эмульгированию, пыли, пене или парам. Эта технология имеет программируемый диапазон выходного сигнала, который не чувствителен к изменению в жидкости диэлектрической проницаемости и удельного веса и характеризуется отсутствием требований на реальную минимальную длину датчика. Некоторые недостатком этой технологии является то, что длина датчика должна быть полной длиной диапазона чувствительности и из-за этого обычно возникает более высокая стоимость датчика. Внимание должно быть уделено выбору правильного типа датчика в приложениях с обходными камерами или перегонными отстойниками.

Всего есть огромное количество способов измерения уровней жидкости с помощью датчиков и каждая технология измерения уровня оригинальна. Для того чтобы избежать путаницы и иногда повторных затрат на установку контактируйте с нашими специалистами по телефону для получения большей информации о том, какая технология измерения уровня наиболее подходит для вашей системы.

Поплавковые датчики уровня

Поплавковые датчики уровня это устройства, предназначенные для сигнализации уровня различных жидкостей. Они применяются в составе систем контроля и регулирования жидкости (воды, растворов, светлых нефтепродуктов и иных жидких сред, в том числе и агрессивных, за исключением коррозионно-активных к материалу датчика) в различных резервуарах, а также применяются для измерения как текущего, так и предельного (максимального или минимального) уровня жидкости. Поплавковые датчики уровня имеют общепромышленные и взрывозащищенные исполнения.

Поплавковые датчики уровня воды устойчивы к пене и пузырькам и могут работать с вязкими жидкостями. Для контроля уровня невязких жидкостей могут быть с цилиндрическим поплавком и для контроля уровня вязких жидкостей – с шарообразным поплавком. По способу монтажа различают датчики с горизонтальным и вертикальным монтажом.

Герконовые датчики

Один из самых популярных типов датчика, представляющий собой усовершенствованный вариант поплавковых устройств с механическим переключателем. Герконовые уровнемеры отличаются низкой стоимостью, простой и надежной конструкцией, а также возможность отслеживать изменение уровня воды в широком диапазоне.

Существует несколько разновидностей герконовых датчиков уровня воды. В простейшем варианте механический переключатель поплавкового датчика меняют на геркон, что несколько повышает надежность устройства (так устроены герконовые уровнемеры боковой установки). Но чаще используется схема с несколькими герконами и поплавком с магнитами.

Вибрационные датчики уровня

Вибрационный датчик уровня жидкости является высоконадежным устройством для проверки уровня жидких продуктов в трубе или емкости. Высокая точность позволяет применять вибрационный датчик уровня жидкости в продуктах плотностью не менее 10кг/м³.

Принцип работы датчика достаточно прост. Пьезоэлемент генерирует колебания вибрирующей вилки (или штыря) на установленной резонансной частоте. При погружении вилки в жидкость частота колебаний снижается. С помощью встроенной электроники изменение частоты преобразуется в сигнал переключения, передающийся на выключатель.

Мы предлагаем только прямые поставки контрольно-измерительных приборов с завода Dwyer. Список и описание продукции полностью соответствует печатному каталогу и оригинальному сайту компании-изготовителя. Поделитесь с коллегами ссылкой на эти приборы, нажмите на кнопку социальной сети:

 

Источник: dwyer.ru

К достоинствам рассматриваемого ультразвукового уровнемера можно отнести малые размеры и потребляемую мощность, возможность измерения уровня агрессивных жидкостей, быстро приводящих в негодность погруженные в них металлические электроды обычных кондуктивных датчиков. В зависимости от установленного режима работы на индикатор выводится расстояние от поверхности жидкости до закреплённого над ней датчика или от поверхности до днища резервуара. Цифровая индикация с высоким темпом обновления даёт возможность судить о динамике изменения уровня.

Установленные пороги включения и выключения кулачковых насосов, открывания и закрывания кранов или заслонок не изменяются при выключении и последующем включении прибора. Однако при необходимости они могут быть оперативно изменены в процессе его работы. Всё это позволяет с успехом использовать прибор в системах автоматического управления технологическими процессами.
Следует отметить, что на поверхности жидкости не должны плавать большие посторонние предметы, изменяющие характер отражения ультразвуковой волны. Например, очень плохо отражает ультразвук пористая поверхность, уровень отражённого от неё сигнала может стать недостаточным для работы прибора.

Основные технические характеристики
Измеряемое расстояние датчик—поверхность, см …….40…750
Дискретность отсчёта, см …………………………………1
Потребляемый ток по цепи 5 В, мА, не более ………….40
Потребляемый ток по цепи 9 В, мА, не более ………….100
Удаление датчика от измерительного блока при соединении кабелем с волновым
сопротивлением 75 Ом, м, не более………………………100

Схема ультразвукового измерителя уровня жидкости показана на рис. 1. Микроконтроллер DD1 программно формирует на своём выходе RB3 пачки импульсов. Длительность пачки — около 400 мкс, период повторения — 500 мс. Частота импульсов, образующих пачку, в программе задана равной резонансной частоте датчика (пьезокерамического излучателя-приёмника ультразвука BQ1) — 33 или 40 кГц в зависимости от его типа.

Чтобы обеспечить необходимую мощность излучения, усилитель на транзисторах VT1 и VT2 доводит размах подаваемых на датчик BQ1 импульсов до 80 В. Этот усилитель питается двухполярным напряжением +/-40 В, получаемым с помощью преобразователя постоянного напряжения в постоянное на микросхеме DA1. Датчик соединяют с блоком коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 или 75 Ом.
Одновременно с началом пачки запускается внутренний счётчик микроконтроллера. Излучённая ультразвуковая волна (зондирующий импульс) достигает границы раздела воздух—жидкость и, отразившись от неё, возвращается назад к датчику, который теперь служит приёмником ультразвука.

Принятый отражённый сигнал поступает на вход микросхемы DA2. Ограничитель на диодах VD5 и VD6 защищает его от значительно более мощного зондирующего импульса. Микросхема DA2 усиливает сигналы, фильтрует их, выделяет огибающую и преобразует её в прямоугольные импульсы амплитудой около 5 В, показанные на рис. 2.
Здесь t_п — период повторения зондирующих импульсов; t_з — задержка между излучённым зондирующим и принятым отражённым от контролируемой поверхности импульсами. Она может быть вычислена по формуле

где L — расстояние между датчиком и отражающей поверхностью; V_зв — скорость звука. Если считать V_зв=333 м/с, а время — в микросекундах, то расстояние датчик—поверхность в сантиметрах равно

Микроконтроллер с помощью встроенного счётчика-таймера измеряет интервал t_з , переводит результат в сантиметры и выводит его на ЖКИ HG1 Хотя фактическая скорость звука в реальных условиях может отличаться от указанного выше значения, это приводит к погрешности измерения уровня жидкости не более 2 %, что для описываемого прибора вполне допустимо.

При расстоянии датчик—поверхность менее 40 см нормальная работа прибора нарушается. В каждом периоде повторения зондирующих импульсов он принимает два и более отражённых сигнала, а вычисленное значение расстояния сильно отличается от истинного. В связи с этим в программе микроконтроллера наложен запрет на обработку отражённых сигналов, приходящих с задержкой менее 2,4 мс, и зона 0…40 см “закрыта” для измерения.
В случае временного отсутствия отражённых сигналов на ЖКИ выводится надпись “no SfnSor”. Если их нет более 40 с, от напряжения высокого логического уровня на выходе RB4 микроконтроллера включается светодиод HL1. С возобновлением приёма отражённых сигналов измерения продолжаются.

Чертёж печатных проводников платы прибора показан на рис. 3, а расположение деталей на двух её сторонах — на рис. 4 Все резисторы, кроме R14 и R17, типоразмера 1206 для поверхностного монтажа. Резистор R14 — С5-16Т мощностью 1 Вт, но можно применить и импортные аналоги. Выводы подстроечного резистора R17 (АСР CA6V) установленного со стороны печатных проводников, изогнуты и припаяны к соответствующим контактным площадкам. Все остальные резисторы — типоразмера 1206 для поверхностного монтажа. Дроссель L1 — ДПМ-0,1.

Транзисторы КТ502Е и КТ503Е могут быть заменены другими транзисторами средней мощности соответствующей структуры с допустимым напряжением коллектор—эмиттер не менее 80 В. Замену транзисторам КТ3102А следует подбирать из числа транзисторов структуры n-p-n с допустимым током коллектора не менее 100 мА и напряжением коллектор— эмиттер не менее рабочего напряжения используемых реле. Авторы применили реле AZ943-1C-9D с обмоткой на 9 В сопротивлением 225 Ом и контактами, способными коммутировать цепи переменного тока до 10 А при напряжении до 277 В.

Блок питания, подключаемый к контактам 1—3 колодки ХТ1, должен выдавать два напряжения: стабилизированное 5 В (ток нагрузки 40 мА) для питания микроконтроллера и других устройств прибора, нестабилизированное 9 В (ток нагрузки 100 мА) для питания реле. При использовании реле на другое напряжение следует позаботиться о наличии нужного напряжения в блоке питания.

Микросхему DA2 и все связанные с ней элементы необходимо экранировать, чтобы исключить воздействие помех. Экран, контуры которого показаны на рис. 4 штриховыми линиями, состоит из двух обечаек из тонкой лужёной жести, накрытых крышками из того же материала. Размеры экрана 35x30x5 мм со стороны печатных проводников и 35x30x10 мм с противоположной им стороны. Части экрана крепятся пайкой к отрезкам провода диаметром 1 мм, вставленным в предназначенные для этого отверстия печатной платы. Со стороны печатных проводников над подстроечным резистором R17 для его регулировки в крышке экрана просверлено отверстие диаметром 4 мм.

Датчик BF1 — от ультразвукового уровнемера “ECOMAX LM 04M” украинского производства. Его резонансная частота — 33 кГц. Можно применить и ультразвуковые капсюли серии МА40 фирмы muRata (с резонансной частотой 40 кГц). Хотя эти капсюли выпускаются раздельно как излучатели ультразвука (например, MA40E7S) и как его приёмники (например, MA40E7R), все они обладают свойством обратимости.
В случае использования датчика с резонансной частотой 40 кГц необходимо уменьшить до 150 кОм сопротивление резистора R22, от которого зависит частота настройки внутреннего полосового усилителя микросхемы DA2.
График этой зависимости показан на рис. 5. В микроконтроллер должна быть загружена программа, соответствующая резонансной частоте датчика (файл UZU_33_7.HEX или UZU_40_7.HEX).

Необходимо иметь в виду, что отдатчика при прочих равных условиях зависит максимальная дальность действия прибора. Поэтому окончательное решение о типе этого элемента следует принимать только после тщательного изучения его характеристик и, желательно, экспериментальной проверки его пригодности.
Замена ЖКИ МТ10Т7-7 индикатором другого типа (даже если он жидкокристаллический) возможна лишь при изменении отвечающей за вывод информации части программы микроконтроллера.

В изготовленном приборе в первую очередь необходимо проверить работу преобразователя напряжения +5 В в +40 В и -40 В. Эту проверку следует выполнять до установки на плату транзисторов VT1 и VT2. Подав напряжение +5 В, измеряют вольтметром напряжение -40 В на конденсаторе С13 и +40 В на конденсаторе С16. В случае несоответствия необходимо подобрать резистор R20. Затем окончательно собирают прибор и подключают к нему датчик.
Осциллографом проверяют наличие пачек импульсов на выводе 9 (RB3) микроконтроллера. На выходе усилителя (в точке соединения резисторов R9, R10) и на датчике BF1 размах этих импульсов должен быть около 80 В. Датчик должен издавать хорошо слышимые щелчки, повторяющиеся с частотой 2 Гц.

Дальнейшая регулировка сводится к установке чувствительности приёмной части прибора подстроечным резистором R17. Осциллограмма напряжения на выходе (выводе 1) микросхемы DA2 должна быть подобна изображённой на рис. 2. В каждом периоде должны наблюдаться один зондирующий и один отражённый импульсы. Если отражённых импульсов видно больше, необходимо подстроечным резистором R17 уменьшить чувствительность прибора. Для увеличения интенсивности отражённого сигнала необходимо позаботиться о том, чтобы вертикальная ось датчика (направление наибольших интенсивности излучения и чувствительности) была направлена строго перпендикулярно поверхности жидкости.

При включении питания уровнемера на его ЖКИ на 1 с появляется надпись “Start”, затем она исчезает и начинается измерение уровня жидкости. Его результат в сантиметрах занимает на ЖКИ знакоместа с седьмого по девятое слева и обновляется два раза в секунду. Для перехода в режим установки параметров необходимо нажать на кнопку SB1 и удерживать её в течение примерно 8 с. На ЖКИ должна появиться на 1 с надпись “—“. Затем начнётся автоматический перебор параметров в следующем порядке:
SEt — выбор выводимого на ЖКИ расстояния (0 — поверхность—датчик, 1 — поверхность—дно резервуара);
LEU — расстояние от датчика до дна резервуара (только в режиме SEt=1, при SEt=0 этот параметр пропускается);
OFF 1 — уровень отпускания реле К1;
On 1 — уровень срабатывания реле К1′
OFF2 — уровень отпускания реле К2;
On2 — уровень срабатывания реле К2;
HySt — ширина зоны гистерезиса.

Каждый из них остаётся на индикаторе 7 с. По окончании цикла перебора прибор возвращается в рабочий режим. Фактически всегда измеряется расстояние датчик—поверхность. Но при SEt=1 перед использованием и выводом на ЖКИ оно вычитается из введённого пользователем значения параметра LEU.
Чтобы изменить значение любого параметра, во время его присутствия на ЖКИ нажимают на кнопку SB1 (увеличение) или SB2 (уменьшение). Параметру SEt нажатием на кнопку SB1 присваивают значение 1, а на кнопку SB2 — 0. На время удержания любой кнопки нажатой счёт времени прерывается. Если отведённого интервала времени на установку нужного значения не хватило, её можно продолжить, повторно войдя в режим просмотра параметров. Поскольку установленные значения параметров хранятся в энергонезависимой памяти микроконтроллера, они не изменяются при выключении и последующем включении питания прибора.

Все уровни задают в сантиметрах. Следует соблюдать следующие условия:
On KOFF1, On 2<OFF2 (при SEt=0);
On 1 >OFF1, On 2>OFF2 (при SEt=1).

Гистерезис необходим для защиты от ложных срабатываний. Например, такое срабатывание может произойти при появлении импульса помехи в интервале между уровнями срабатывания и отпускания реле. Чтобы этого не произошло, программа микроконтроллера сравнивает каждый новый отсчёт уровня с предыдущим. Новый отсчёт считается истинным и выводится на ЖКИ, если он отличается от предыдущего не больше, чем на заданное значение HYSt. Например, при предыдущем отсчёте 150см и HYSt=10 допустимым будет считаться новый отсчёт в пределах от 140 до 160см. Результаты, не попавшие в этот интервал, будут проигнорированы. А если помеха всё-таки попадёт в него, она внесёт незначительную погрешность.

При очень быстром изменении уровня жидкости или при волнении на её поверхности рекомендуется задать HYSt=10, в противном случае достаточно 5—7.
Нажатием и удержанием в течение 5 с кнопки SB2 можно перезапустить микроконтроллер. После этого работа его программы начнётся с самого начала, как при включении питания, а на выводах 11 и 12 будет установлен низкий логический уровень, что обесточит обмотки реле К1 и К2.

Рассмотрим работу прибора на примере. Пусть установлены следующие значения параметров: SEt=0, On 1=150, OFF1=250, текущий уровень жидкости — 180см, жидкость прибывает. Когда расстояние от датчика до поверхности жидкости станет равным или меньше 150 см, на выводе 11 микроконтроллера будет установлен высокий логический уровень и сработает реле К1. Сигнализируя об этом, во втором слева знакоместе индикатора появится цифра 1. В результате включения управляемого с помощью реле К1 исполнительного устройства (насоса или крана) количество жидкости в резервуаре станет уменьшаться, а расстояние между её поверхностью и датчиком увеличиваться. Когда это расстояние станет равным или больше 250 см, высокий логический уровень напряжения на выводе 11 микроконтроллера сменится низким, обмотка реле К1 будет обесточена, а исполнительное устройство выключено. Во второе знакоместо индикатора будет выведена цифра 0.

Аналогичным образом, но в зависимости от параметров On 2 и OFF2, управляет своим исполнительным устройством реле К2. Его состояние отображают цифры 0 или 2 на четвёртом знакоместе индикатора. Процедуры управления реле К1 и К2 работают независимо одна от другой.
При необходимости можно проинвертировать логику работы этих процедур — сделать так, чтобы при достижении уровня, заданного параметром On 1 (On 2), соответствующее реле отпускало якорь, а при достижении уровня, заданного параметром OFF1 (OFF2), — срабатывало. Для этого достаточно поменять местами коды в парах ячеек программной памяти микроконтроллера, адреса которых указаны в таблице.

Проще всего это сделать, открыв соответствующий НЕХ-файл в программе управления программированием, например ICProg. На рис. 6 показан фрагмент окна буфера программной памяти микроконтроллера этой программы с загруженным файлом UZU_33_7.HEX. Отмечены ячейки, подлежащие изменению.
Установив курсор на такую ячейку, нужно двойным щелчком левой кнопки мыши перейти в режим редактирования её содержимого и ввести новое значение. Например, чтобы изменить логику работы реле К1, нужно код 1686Н из ячейки 32FH перенести в ячейку ЗЗЗН, а имевшийся в ней ранее код 1286Н записать в ячейку 32FH. Откорректированную программу необходимо загрузить в микроконтроллер.

Прилагаемые файлы:   uzu.zip

А. КУКСА, В. СНИГУР, г. Севастополь, Украина
“Радио” №6 2012г.

Источник: radioelectronika.ru

   

Принцип работы датчика уровня:

Принцип работы ультразвукового уровнемера основан на измерении времени, необходимого для пролета акустического сигнала, с генерируемого излучателем прибора и отраженного от поверхности измеряемой среды и принятого все тем же излучателем уровнемера. Уровнемер фактически измеряет время пролета с генерируемого акустического сигнала, необходимое для пролета его до поверхности среды и обратно. Для пересчета этого значения в расстояние до поверхности, в уровнемере введена константа – скорость распространения акустической волны в воздухе, равная 331 м/с при температуре воздуха 0°С. Константа может быть изменена при перепрограммировании прибора на другую, соответствующую газовой среде в емкости. Для компенсации изменения температуры воздуха, в излучателе расположена термопара, показания с которой позволяют корректировать значения скорости распространения волны, для достижения высокой точности измерения расстояния до поверхности продукта. Зная заранее габариты значение расстояния можно пересчитать в уровень или объем продукта. Если известна плотность продукта то это позволит пересчитать измеренные значения в массу продукта.

Краткая характеристика датчика:

• Компактный преобразователь подключаемых по 2-х проводной схеме;
• Не высокая стоимость;
• Угол расхождения акустического луча 5° (зависит от модификации);
• Наличие встроенного термодатчика для температурной компенсации;
• Обработка измеренного сигнала с помощью программы QUEST;
• Материал корпуса с излучателем: PP, PVDF (фторопласт);
• Наличие вторичной грозозащиты;
• Цифровой выход HART;
• Наличие исполнения с релейным выходом;
• Взрывозащищённые модели.

Области использования датчика:

• Датчики уровня ультразвукового принципа действия (называемые так же ультразвуковыми уровнемерами) используются для непрерывного измерения уровня большинства жидких сред, так же у датчика имеются модификации для измерения уровня сыпучих продуктов;
• Прибор измеряет уровень, на основе которого электроника прибора может пересчитывать это значение в объём или при использовании стандартизованных открытых каналов – расход;
• Уровнемеры ультразвукового принципа действия способны проводить измерения уровня слабо парящих, дымящих, бурлящих жидкостей, а так же слабо пенящихся жидкостей;
• Степень механической защиты: по IP 68;

Краткие технические данные:

• Питание датчика осуществляется от блока с напряжением: от 11,4 до 36 В постоянного тока;
• Температура измеряемого продукта внутри резервуара: от -30 °C до +90 °C;
• В месте установки уровнемера температура окружающей среды составляет: от -30 до +80°C;
• При использовании обогреваемого термочехла диапазон температур окружающего воздуха может быть расширен: от -70 до +80°C;
• Избыточное давление внутри резервуара составляет: от 0,3 до 3 бар;
• Диапазон измеряемого значения уровня жидкости: от 0,25 до 25 м;
• Диапазон измеряемого значения уровня сыпучих продуктов: от 0,6 до 60 м;
• Типы выходных сигналов с уровнемера: аналоговый 4-20 мA, цифровой HART, исполнение с релейными выходами;
• Датчик имеет степень механической защиты: по IP 68;
• Модификация с сертификацией взрывозащищенного исполнения: ATEX x II 1GEEx ia IIBT6

Принцип работы преобразователя уровня EasyTREK для жидких сред:

Принцип работы преобразователя уровня EasyTREK для сыпучих сред:

Для настройки и перенастройки прибора необходимо использовать HART модем

Список доступных к заказу преобразователей уровня ультразвукового принципа действия серии EasyTREK для измерения уровня жидких сред:

Источник: www.rospribor.com

Конструкция и принцип действия

Конструктивное исполнение измерительных устройств данного типа определяется следующими параметрами:

• Функциональностью, в зависимости от этого устройства принято делить на сигнализаторы и уровнемеры. Первые отслеживают конкретную точку заполнения резервуара (минимальную или максимальную), вторые осуществляют беспрерывный мониторинг уровня.
• Принципом действия, в его основу может быть положены: гидростатика, электропроводность, магнетизм, оптика, акустика и т.д. Собственно, это основной параметр, определяющий сферу применения.
• Методом измерения (контактный или бесконтактный).

Помимо этого, особенности конструкции определяет характер технологической среды. Одно дело – измерять высоту питьевой воды в баке, другое – проверять наполнение резервуаров для промышленных стоков. В последнем случае необходима соответствующая защита.

Виды датчиков уровня

В зависимости от принципа действия, сигнализаторы принято делить на следующие виды:

• поплавочного типа;
• использующие ультразвуковые волны;
• устройства с емкостным принципом определения уровня;
• электродные;
• радарного типа;
• работающие по гидростатическому принципу.

Поскольку эти типы наиболее распространены, рассмотрим каждый из них в отдельности.

Поплавковый

Это наиболее простой, но, тем не менее, действенный и надежный способ измерения жидкости в баке или другой емкости. С примером реализации можно ознакомиться на рисунке 2.

Конструкция состоит из поплавка с магнитом и двух герконов, установленных в контрольных точках. Кратко опишем принцип действия:

• Емкость опустошается до критического минимума (А на рис. 2), при этом поплавок опускается до уровня, где расположен геркон 2, он включает реле, подающее питание на насос, закачивающий воду из скважины.
• Вода доходит до максимальной отметки, поплавок поднимается до места расположения геркона 1, он срабатывает и реле отключается, соответственно, двигатель насоса прекращает работать.

Такой герконовый сигнализатор сделать самостоятельно довольно просто, а его настройка сводится к установке уровней включения-выключения.

Заметим, что если правильно выбрать материал для поплавка, датчик уровня воды будет работать, даже при наличии слоя пены в резервуаре.

Ультразвуковой

Этот тип измерителей может использоваться как для жидкой, так и сухой среды, при этом у него может быть аналоговый или дискретный выход. То есть, датчик может ограничивать заполнение по достижению определенной точки или отслеживать его постоянно. Устройство включает в себя ультразвуковой излучатель, приемник и контроллер обработки сигнала. Принцип работы сигнализатора продемонстрирован на рисунке 3.

Работает система следующим образом:

• излучается ультразвуковой импульс;
• принимается отраженный сигнал;
• анализируется длительность затухания сигнала. Если бак полный, она будет короткой (А рис. 3), а по мере опустошения начнет увеличиваться (В рис. 3).

Ультразвуковой сигнализатор бесконтактный и беспроводной, поэтому он может использоваться даже в агрессивных и взрывоопасных средах. После первичной настройки, такой датчик не требует никакого специализированного обслуживания, а отсутствие подвижных частей существенно продлевает срок эксплуатации.

Электродный

Электродные (кондуктометрические) сигнализаторы позволяют контролировать один или несколько уровней электропроводящей среды (то есть, для измерения наполнения бака дистиллированной водой они не подходят). Пример использования устройства приведен на рисунке 4.

В приведенном примере задействован трехуровневый сигнализатор, в котором два электрода контролируют заполнение емкости, а третий является аварийным, для включения режима интенсивной откачки.

Емкостной

При помощи этих сигнализаторов можно определять максимальное заполнение емкости, причем, в качестве технологической среды могут выступать как жидкость, так и сыпучие вещества смешанного состава (см. рис. 5).

Принцип работы сигнализатора такой же, как у конденсатора: проводится измерение емкости между пластинами чувствительного элемента. Когда она достигнет порогового значения, подается сигнал на контроллер. В некоторых случаях задействовано исполнение «сухой контакт», то есть уровнемер работает через стенку бака в изоляции от технологической среды.

Данные устройства могут функционировать в широком температурном диапазоне, на них не влияют электромагнитные поля, а срабатывание возможно на большом расстоянии. Такие характеристики существенно расширяют сферу применения вплоть до тяжелых условий эксплуатации.

Радарный

Этот вид сигнализаторов можно действительно назвать универсальным, поскольку он может работать с любой технологической средой, включая агрессивную и взрывоопасную, причем, давление и температура не будут влиять на показания. Пример работы устройства приведен на рисунке ниже.

Устройство излучает радиоволны в узком диапазоне (несколько гигагерц), приемник ловит отраженный сигнал и по времени его задержки определяет наполняемость емкости. На измеряющий датчик не влияет давление, температура или характер технологической среды. Запыленность также не отражается на показаниях, чего не скажешь о лазерных сигнализаторах. Также необходимо отметить высокую точность приборов данного типа, их погрешность составляет не более одного миллиметра.

Гидростатический

Эти сигнализаторы могут измерять как предельное, так и текущее заполнение резервуаров. Их принцип действия продемонстрирован на рисунке 7.

Устройство построено по принципу измерения уровня давления, произведенного столбом жидкости. Приемлемая точность и небольшая стоимость сделали данный вид довольно популярным.

В рамках статьи мы не можем осмотреть все типы сигнализаторов, например, ротационно-флажковых, для определения сыпучих веществ (идет сигнал, когда лепесток вентилятора застрянет в сыпучей среде, предварительно вырыв приямок). Так же нет смысла рассматривать принцип действия радиоизотопных измерителей, тем более рекомендовать их для проверки уровня питьевой воды.

Как выбрать?

Выбор датчика уровня воды в резервуаре зависит от многих факторов, основные из них:

• Состав жидкости. В зависимости от содержания в воде посторонних примесей может меняться плотность и электропроводность раствора, что с большой вероятностью отразится на показаниях.
• Объем резервуара и материал, из которого он изготовлен.
• Функциональное назначение емкости для накопления жидкости.
• Необходимость контролировать минимальный и максимальный уровень, или требуется мониторинг текущего состояния.
• Допустимость интеграции в систему автоматизированного управления.
• Коммутационные возможности устройства.

Это далеко не полный список для выбора измерительных приборов данного типа. Естественно, что для бытового назначения можно существенно сократить критерии отбора, ограничив их объемом резервуара, типом срабатывания и схемой управления. Существенное сокращение требований делает возможным самостоятельное изготовление подобного устройства.

Делаем датчик уровня воды в резервуаре своими руками

Допустим, есть задача автоматизировать работу погружного насоса для водоснабжения дачи. Как правило, вода поступает в накопительную емкость, следовательно, нам необходимо сделать так, чтобы насос автоматически выключался при ее заполнении. Совсем не обязательно для этой цели покупать лазерный или радиолокационный сигнализатор уровня, собственно, никакой приобретать не нужно. Несложная задача требует простого решения, оно показано на рисунке 8.

Для решения задачи понадобится магнитный пускатель с катушкой на 220 вольт и два геркона: минимального уровня – на замыкание, максимального – на размыкание. Схема подключения насоса проста и, что немаловажно, безопасна. Принцип работы был описан выше, но повторим его:

• По мере набора воды поплавок с магнитом постепенно поднимается, пока не дойдет до геркона максимального уровня.
• Магнитное поле размыкает геркон, отключая катушку пускателя, что приводит к обесточиванию двигателя.
• По мере расхода воды, поплавок опускается, пока не достигнет минимальной отметки напротив нижнего геркона, его контакты замыкаются, и поступает напряжение на катушку пускателя, подающего напряжение на насос. Такой датчик уровня воды в резервуаре может работать десятилетиями, в отличие от электронной системы управления.

Источник: www.asutpp.ru