Контактные уровнемеры

Наиболее многочисленное по применяемым принципам построения и разнообразию конструкций семейство приборов непрерывного контроля уровня жидких или сыпучих материалов в резервуарах.

По определению – контактный уровнемер это информационно-измерительный прибор, преобразователь уровня, используемый для автоматизации производственных технологических процессов, при работе которого осуществляется непосредственный контакт чувствительного элемента прибора с технологической (контролируемой) средой.

В связи с последним обстоятельством, первичным критерием выбора контактных уровнемеров для применения является сама возможность контакта чувствительного элемента с технологической средой и последствия этого контакта для элементов конструкции уровнемера.

Характеристики методов измерений, применяемых в контактных уровнемерах

Для сыпучих материалов применяются уровнемеры, реализующие лотовый метод, ёмкостные и микроволновые рефлексные преобразователи. Для работы с жидкими средами применяются уровнемеры, реализующие ёмкостный метод, микроволновой рефлексный, магнитный поплавковый, магнитострикционный и гидростатический методы, а также уровнемеры байпасной конструкции.

Технологические возможности контактных уровнемеров (КУ), основанных на различных физических принципах, сведены в сравнительную таблицу:

Метод измерения, конструкция уровнемера	Предельные параметры техпроцесса	Критичный физический параметр техно-логической среды	Предельный измеряемый уровень	Точность измерений или дискретность по уровню	Интерфейс	Примечания и особые условия
Лотовые КУ	t ≤250°С	Плотность ˃200 г/л	до 40 м	1 см 2,5 см 5 см 10 см	Аналоговый 4-20 мА ModBUS, ProfiBUS	Строго вертикальная установка, допуски по взрыво- безопасности
Микроволновые рефлексные	-30…+200°C P≤40 бар	Ɛ≥1,3	до 30 м	±5 мм	Аналоговый  4-20 мА  ModBUS, ProfiBUS	Для любых конфигураций резервуаров
Ёмкостные	-30…+200°C P≤40 бар	Ɛ˃1	до 30 м	≤±0,3%	Аналоговый 4-20 мА HART при доп. устройстве	Опционально: t° до 800°С
Магнитные поплавковые	-20…+120°C P≤30 бар	Плотность ≥0,5 кг/дм3	до 6 м (до 12 м)	6,35 мм (12,7 мм)	Аналоговый 4-20 мА	Устанавливать с учетом возможных колебаний поверхности
Магнито- стрикционные	-40…+200°C P≤30 бар		от 0,25 м до 15 м	0,1 мм 1,0 мм	Аналоговый 4-20 мА HART RS485	Внесены в Гос.Реестр Средств Измерений РФ. Могут использоваться для целей коммерческого учета
Гидростати- ческие	-25°…+125°C P до 400 м водяного столба	Жидкости и газы	До 400 м	≤0,25%	Аналоговый 4-20 мА HART RS485 RS232	Внесены в Гос.Реестр Средств Измерений РФ. Могут использоваться для целей коммерческого учета
Байпасные	-40…+200°C P≤30 бар	Плотность ≥0,6 кг/дм3	От 500 мм до 3500 мм	±10мм	Визуали-зация	Высокая точность измерений при дополнении магнито- стрикционным датчиком уровня

Таблица позволяет произвести первичный формальный выбор вида используемого контактного уровнемера, однако, для окончательного выбора приходится учитывать большое количество нюансов, которые невозможно формализовать. Здесь крайне полезна и необходима помощь специалистов, обладающих практическим опытом проектирования и эксплуатации информационно-измерительных систем, использующих устройства контактного контроля уровней.

Описание принципов действия контактных уровнемеров

Лотовые уровнемеры – электромеханические устройства, измерение уровня основано на оценке длины выпускаемого троса или ленты, отматываемой от базовой начальной точки до касания измерительным грузом поверхности сыпучего материала.

Микроволновые рефлексные преобразователи уровня основаны на оценке уровня по величине времени, необходимого для прохождения зондирующего электромагнитного импульса по измерительному щупу, представляющему собой волновод, до границы раздела сред или поверхности продукта и возврата отраженного импульса назад к излучателю. Оценка положения границы раздела сред так же может производиться по величине остаточной энергии импульса, прошедшего границу раздела. Волновая технология, в силу невосприимчивости процессов распространения импульса к условиям окружающей среды, привлекательна для применения в сложных условиях технологического процесса: при высоких температурах и давлении, запыленности, бурлении, пенообразовании и т.п.

Ёмкостные контактные уровнемеры используют принцип изменения величины электрической ёмкости между зондом прибора и стенками резервуара (или между двумя зондами) при изменении диэлектрической проницаемости среды по мере заполнения резервуара продуктом. Эти устройства весьма критичны к особенностям конструкции резервуара и возникновению сопутствующих процессов типа пено- и газообразования в резервуаре.

Гидростатические преобразователи уровня основаны на измерении гидростатического давления столба жидкости на чувствительный элемент датчика. Оценка уровня (высоты столба жидкости) производится путем преобразования деформации упругого элемента датчика, под действием давления, в электрический сигнал. Преобразователи врезного типа размещаются в стенках или днище резервуара. Преобразователи погружного типа используют погружной кабель и капиллярную трубку для связи с атмосферой.

Магнитные преобразователи содержат поплавок с постоянным магнитом, движущийся по направляющей, внутри которой размещены магнитоуправляемые контакты, подключающие или отключающие фрагменты электронной схемы, по которым и оценивается с соответствующей дискретностью величина уровня жидкости, заполняющей резервуар.

Магнитострикционные преобразователи так же имеют в основе конструкции магнитный поплавок, движущийся по направляющей, внутри которой расположен волновод. Волновод периодически возбуждается импульсами электромагнитного поля, создаваемыми катушкой индуктивности, запитанной от импульсного источника тока. При взаимодействии полей магнита и волновода возникает магнитострикционный эффект, порождающий ультразвуковую волну, которая детектируется специальным преобразователем. По времени прохождения волны можно судить о расстоянии, пройденной ею, а, значит, и об уровне заполнения резервуара жидкостью.

Байпасные преобразователи используют для измерений отводную (байпасную) трубку, представляющую собой сообщающийся с основным резервуаром сосуд. В трубке располагается поплавок с поляризованным магнитом. Измерение уровня производится, по сути, в отводной трубке, без непосредственного контакта с основным содержимым резервуара. Результаты измерений легко визуализируются. Измерения могут осуществляться магнитным или магнитострикционным способами, имеющими весьма высокую точность. Поскольку связь с внешней средой осуществляется посредством магнитного поля, без непосредственного контакта с технологическим продуктом, этот способ удобен для применения в производствах со строгими санитарно-гигиеническими требованиями: в пищевой, фармацевтической промышленности и т.п.

Рекомендации по выбору контактных уровнемеров

Характерным качеством контактных уровнемеров при применении их в системах управления технологическими процессами являются относительно низкие величины капитальных затрат при значительном увеличении затрат эксплуатационного характера, большую часть которых затруднительно оценить аналитическим путем. Решающее значение в этой ситуации может иметь накопленный опыт проектирования и эксплуатации таких систем.

При выборе контактных уровнемеров в первую очередь следует оценить:

• допустим ли контакт чувствительного элемента преобразователя с технологическим продуктом по
• требованиям гигиены и безопасности;
• степень агрессивности влияния среды технологического продукта на элементы конструкции контактного
• уровнемера;
• влияние свойств технологической среды на искажение показаний датчика в ходе эксплуатации (например,
• налипание материала на чувствительный элемент приводит к искажению показаний и усложнению
• технического обслуживания);
• необходимость коммерческого учета результатов работы технологической установки.

Учет этих факторов позволяет сделать первичный, приблизительный выбор вида используемых уровнемеров. Для конкретного выбора и заказа устройств необходимо учитывать целый ряд факторов, не поддающихся формализации и представимых лишь в виде практического опыта, накопленного специалистами в ходе проектирования и эксплуатации подобных систем.

Особенности, связанные с протеканием физических процессов в резервуарах (газо- и пенообразование, колебания уровня, наличие потоков при перемешивании содержимого), особенности геометрии емкостей, стабильность настроек датчиков во времени, частота и трудоемкость обслуживания преобразователей, требования к квалификации обслуживающего персонала и т. п. – все это в значительной мере влияет на величину эксплуатационных затрат и может быть оценено только опытными специалистами.

Инженерно-технические сотрудники компании «РусАвтоматизация» в полной мере обладают таким опытом; они помогут Вам выбрать оптимальный вариант решения Вашей задачи с учетом всего богатого накопленного собственного практического опыта.