8.Классификация датчиков уровня жидкостей и сыпучих тел по принципу действия и области применения.

Измерение уровня - это определение расстояния между двумя параллельными плоскостями, одна из которых принята за начало отсчета, а другая является плоскостью раздела двух сред различной плотности. Зная площадь плоскостей и плотность вещества, можно по величине уровня определить объем и массу измеряемого вещества. Поэтому задача измерения уровня воды, корма, навоза, зерна и т.д. является одной из наиболее распространенных в системах автоматизации различных сельскохозяйственных процессов.

Уровень измеряется линейными мерами длины (метр, сантиметр, миллиметр).

Измерительные приборы можно разделить на две группы: уровнемеры и сигнализаторы уровня. Уровнемерыпоказывают уровень среды в сосуде по всей высоте диапазона измерения. Иногда они имеют устройства для сигнализации в контрольных точках.Сигнализаторы уровняконтролируют только отдельные точки уровня среды.

По характеру измеряемой среды их разделяют на приборы для измерения уровня жидкостей с различной плотностью и сыпучих веществ.

Для измерения уровня применяются различные методы, которые можно объединить в следующие группы:

• оптические методы, основанные на взаимодействии света и измеряемой среды (визуальный, фотоэлектрический и др.);

• универсальный метод, основанный на различии плотности веществ, образующих границу раздела двух сред (поплавковый, буйковый, гидростатический и радиоизотопный);

• электрические методы основаны на использовании различных электрических свойств измеряемых веществ (индуктивные, емкостные, кондуктометрические);

• механические для измерения сыпучих сред (мембранные, маятниковые, лотковые, с гибким щупом, вращающимся телом и т.д.).

Действиепоплавковых уровнемеровосновано на принципе использования выталкивающей силы жидкости. Основные элементы таких устройств: поплавок, передаточный механизм и отсчетное устройство.

Плавающий на поверхности жидкости поплавок является чувствительным элементом для измерения уровня. Подъемная сила поплавка зависит от его объема и плотности жидкости. Передаточные механизмы могут быть гибкими (трос, лента, нить), жесткими (рычаг, рейка) или магнитными.

Отсчетные устройства могут быть визуальными (шкала, циферблат) или с дистанционной передачей информации с помощью соответствующего электромеханического преобразователя перемещения в электрический сигнал (потенциометрического, индуктивного или контактного).

Последнее время широкое распространение получили поплавковые датчики со встроенными контактами. Они представляют собой герметичные резиновые или пластмассовые цилиндры со встроенным релейным устройством (бесконтактным – 4.39а, с микровыключателем – 4.39б и с ртутным контактом – 4.39в), которое срабатывает, если поплавок всплывает в жидкости (правая часть рис. 4.39). Такие датчики можно располагать на разных уровнях в различных емкостях, тем самым обеспечивая сигнализацию достижения уровня жидкости заданных точек.

Гидростатические уровнемерыопределяют давление столба жидкости в сосуде. По разности давлений на дне сосуда и на поверхности жидкости определяется ее уровень . В качестве чувствительного элемента гидростатического уровнемера может быть использован любой датчик давления или дифманометр.

Электрические методыоснованы на использовании электропроводности или диэлектрической проницаемости жидкости. В отличие от твердых тел для жидкостей характерно разделение только на проводники и диэлектрики. Негорючие жидкости, с которыми приходится иметь дело в сельскохозяйственной практике, обычно, из-за наличия кислот, солей и оснований обладают значительной электропроводностью. При соприкосновении проводящей жидкости с проводником (электродом) происходит скачкообразное изменение сопротивления электрической цепи между ним и уровнем жидкости от бесконечности до конечной величины. Этот «релейный эффект» лежит в основе принципа действия широко применяемыхконтактныхиликондуктометрическихсигнализаторов уровня. Их первичные преобразователи представляют собой электрически изолированные от корпуса сосуда стержни (электроды), установленные в сосуде на определенном уровне.

Основной недостаток электродных датчиков уровня состоит в том, что между электродами в воде неизбежно протекает электрический ток. Из-за растворенных в воде солей происходят электрохимические реакции, продукты которых оседают на электродах в виде некоторой «накипи», в результате чего, через некоторое время, контакты перестают работать. Поэтому подобные датчики уровня воды нуждаются в периодической очистке, что усложняет процесс их эксплуатации и снижает надежность работы.

Кроме того, у электродных датчиков возможны ложные срабатывания при образовании льда на поверхности резервуара с водой в зимних условиях.

Лучшими эксплуатационными качествами обладают емкостные датчики уровня.

Принцип действия емкостных уровнемеровоснован на том, что диэлектрическая проницаемость различных веществ отличается от диэлектрической проницаемости воздуха или водных паров. Первичный информационный преобразователь емкостного уровнемера представляет собой изолированные электроды, погруженные в измеряемую среду. Если корпус сосуда металлический, то достаточно одного электрода.

Электроды (электрод и корпус сосуда) образуют цилиндрический конденсатор, емкость которого изменяется при колебаниях уровня жидкости. Величина емкости этого конденсатора измеряется электронным блоком, который передает сигнал далее. Электроды емкостного уровнемера могут быть стержневые, кабельные или пластинчатые.

Определение уровня сыпучих тел - более сложная задача, чем контроль уровня жидкостей. Сыпучие материалы при заполнении сосудов не имеют горизонтальной поверхности, а образуют откосы, усложняющие измерения. Давление сыпучих сред на дно и стенки сосудов не пропорционально высоте загрузки, то есть закон Паскаля на них не распространяется. Большинство сыпучих материалов при хранении теряет сыпучесть - слеживается. Пыль сыпучих материалов часто оказывается взрывоопасной.

Датчики уровня сыпучих материалов можно разделить по принципу действия на три группы:

• механического воздействия, в которых сигнал, пропорциональный уровню вещества, вырабатывается в результате давления материала на чувствительный элемент датчика;

• емкостные, в которых под воздействием вещества и (диэлектрика) изменяется электрическая емкость чувствительного элемента (конденсатора);

• временные, основанные на измерении времени прохождения ультразвукового или электроэлектромагнитного импульса.