Jak wybrać przetwornik poziomu?

• Wstęp

Przetwornik poziomu cieczy to urządzenie zapewniające ciągły pomiar poziomu cieczy. Może być używany do określania poziomu cieczy lub materiałów sypkich w określonym czasie. Może mierzyć poziom cieczy w mediach takich jak woda, płyny lepkie i paliwa, a także w mediach suchych, takich jak materiały sypkie i proszki.

Przetwornik poziomu cieczy może być stosowany w różnych warunkach pracy, takich jak zbiorniki, cysterny, a nawet rzeki, baseny i studnie. Przetworniki te są powszechnie stosowane w przemyśle przeładunkowym, spożywczym, energetycznym, chemicznym i uzdatnianiu wody. Przyjrzyjmy się teraz kilku powszechnie stosowanym miernikom poziomu cieczy.

• Czujnik poziomu zanurzalnego

Opierając się na zasadzie proporcjonalności ciśnienia hydrostatycznego do wysokości cieczy, zanurzalny czujnik poziomu wykorzystuje efekt piezorezystancyjny dyfuzyjnego czujnika krzemowego lub ceramicznego do konwersji ciśnienia hydrostatycznego na sygnał elektryczny. Po kompensacji temperatury i korekcji liniowej, sygnał jest przetwarzany na standardowy sygnał prądowy 4-20 mA DC. Część czujnikową zanurzalnego przetwornika ciśnienia hydrostatycznego można umieścić bezpośrednio w cieczy, a część przetwornika można zamocować za pomocą kołnierza lub wspornika, co zapewnia wygodę montażu i użytkowania.

Zanurzalny czujnik poziomu wykonany jest z zaawansowanego izolacyjnego elementu czułego z rozproszonego krzemu. Można go umieścić bezpośrednio w pojemniku lub wodzie, aby dokładnie zmierzyć wysokość od końca czujnika do powierzchni wody. Poziom wody jest wysyłany za pomocą prądu 4–20 mA lub sygnału RS485.

• Magnetyczny czujnik poziomu

Konstrukcja klapki magnetycznej opiera się na zasadzie rury obejściowej. Poziom cieczy w rurze głównej jest zgodny z poziomem cieczy w zbiorniku. Zgodnie z prawem Archimedesa, siła wyporu generowana przez pływak magnetyczny w cieczy i pływak równoważący grawitację na poziomie cieczy. Gdy poziom cieczy w zbiorniku podnosi się i opada, obrotowy pływak w rurze głównej miernika poziomu cieczy również podnosi się i opada. Trwała stal magnetyczna w pływaku napędza czerwoną i białą kolumnę wskaźnika, obracając ją o 180° wzdłuż platformy sprzęgła magnetycznego.

Gdy poziom cieczy wzrasta, pływak zmienia kolor z białego na czerwony. Gdy poziom cieczy opada, pływak zmienia kolor z czerwonego na biały. Biało-czerwona granica to rzeczywista wysokość poziomu cieczy w zbiorniku, co pozwala na odczytanie poziomu cieczy.

• Magnetostrykcyjny czujnik poziomu cieczy

Konstrukcja magnetostrykcyjnego czujnika poziomu cieczy składa się z rurki ze stali nierdzewnej (pręta pomiarowego), drutu magnetostrykcyjnego (drutu falowodowego), ruchomego pływaka (z magnesem trwałym w środku) itp. Podczas pracy czujnika, część obwodu czujnika wzbudza prąd impulsowy na przewodzie falowodowym, a pole magnetyczne prądu impulsowego jest generowane wokół przewodu falowodowego, gdy prąd rozchodzi się wzdłuż przewodu falowodowego.

Pływak jest umieszczony na zewnątrz pręta pomiarowego czujnika, a jego ruch w górę i w dół odbywa się wraz ze zmianą poziomu cieczy. Wewnątrz pływaka znajduje się zestaw pierścieni z magnesami trwałymi. Gdy pole magnetyczne prądu impulsowego spotyka się z polem magnetycznym pierścienia magnetycznego generowanym przez pływak, pole magnetyczne wokół pływaka ulega zmianie, tak że drut falowodu wykonany z materiału magnetostrykcyjnego generuje impuls fali skrętnej w miejscu pływaka. Impuls jest przesyłany z powrotem wzdłuż drutu falowodu ze stałą prędkością i wykrywany przez mechanizm detekcyjny. Pomiar różnicy czasu między przesłaniem prądu impulsowego a falą skrętną pozwala na dokładne określenie położenia pływaka, czyli położenia powierzchni cieczy.

• Czujnik poziomu materiału o częstotliwości radiowej

Kontrola poziomu za pomocą częstotliwości radiowej to nowa technologia kontroli poziomu, opracowana na bazie pojemnościowej kontroli poziomu, która jest bardziej niezawodna, dokładna i bardziej praktyczna. Jest to udoskonalona wersja pojemnościowej technologii kontroli poziomu.
Tak zwana admitancja częstotliwości radiowej oznacza odwrotność impedancji w elektryczności, która składa się ze składowej rezystancyjnej, pojemnościowej i indukcyjnej. Częstotliwość radiowa to widmo fal radiowych wysokoczęstotliwościowego miernika poziomu cieczy, dlatego admitancję częstotliwości radiowej można rozumieć jako pomiar admitancji za pomocą fali radiowej o wysokiej częstotliwości.

Podczas pracy przyrządu, jego czujnik tworzy wartość admitancji ze ścianą i mierzonym medium. Wraz ze zmianą poziomu materiału, wartość admitancji ulega odpowiedniej zmianie. Układ przetwarza zmierzoną wartość admitancji na sygnał wyjściowy poziomu materiału, aby zrealizować pomiar poziomu materiału.

• Miernik poziomu ultradźwiękowy

Ultradźwiękowy miernik poziomu to cyfrowy przyrząd do pomiaru poziomu sterowany mikroprocesorem. Podczas pomiaru czujnik wysyła impulsową falę ultradźwiękową, a fala dźwiękowa jest odbierana przez ten sam czujnik po odbiciu od powierzchni obiektu i przekształcana na sygnał elektryczny. Odległość między czujnikiem a badanym obiektem jest obliczana na podstawie czasu między wysłaniem a odebraniem fali dźwiękowej.

Zaletami są: brak ruchomych części mechanicznych, wysoka niezawodność, prosta i wygodna instalacja, pomiar bezkontaktowy oraz brak wpływu lepkości i gęstości cieczy.

Wadą jest stosunkowo niska dokładność i łatwość tworzenia się ślepej próby. Nie jest dozwolone mierzenie ciśnienia w naczyniach ciśnieniowych ani w ośrodkach lotnych.

• Miernik poziomu radaru

Tryb pracy radarowego miernika poziomu cieczy to nadawanie-odbicie-odbiór. Antena radarowego miernika poziomu cieczy emituje fale elektromagnetyczne, które odbijają się od powierzchni mierzonego obiektu, a następnie są odbierane przez antenę. Czas trwania fali elektromagnetycznej od nadania do odbioru jest proporcjonalny do odległości od poziomu cieczy. Radarowy miernik poziomu cieczy rejestruje czas trwania fali pulsacyjnej, a prędkość transmisji fal elektromagnetycznych jest stała. Dzięki temu można obliczyć odległość od poziomu cieczy do anteny radaru, co pozwala na określenie poziomu cieczy.

W praktyce radarowy miernik poziomu cieczy działa w dwóch trybach: z modulacją częstotliwościową fali ciągłej i impulsowej. Miernik poziomu cieczy z modulacją częstotliwościową fali ciągłej charakteryzuje się wysokim poborem mocy, czteroprzewodowym układem i złożonym układem elektronicznym. Miernik poziomu cieczy z technologią impulsową charakteryzuje się niskim poborem mocy i może być zasilany dwuprzewodowo napięciem 24 V DC, co zapewnia wysoki poziom bezpieczeństwa, wysoką dokładność i szerszy zakres zastosowań.

• Miernik poziomu radaru falowodowego

Zasada działania radarowego przetwornika poziomu z falowodem jest taka sama jak w przypadku radarowego wskaźnika poziomu, ale wysyła on impulsy mikrofalowe przez kabel lub pręt czujnika. Sygnał uderza w powierzchnię cieczy, następnie powraca do czujnika, a następnie dociera do obudowy przetwornika. Układ elektroniczny zintegrowany w obudowie przetwornika określa poziom cieczy na podstawie czasu potrzebnego sygnałowi na przebycie drogi wzdłuż czujnika i powrót. Tego typu przetworniki poziomu są wykorzystywane w zastosowaniach przemysłowych we wszystkich obszarach technologii procesowej.