Датчики уровня: как подобрать под резервуар и среду

Датчик уровня — прибор, который отвечает на один из двух вопросов: «есть ли среда на этой отметке» или «сколько её сейчас в резервуаре». Первое закрывают сигнализаторы, второе — уровнемеры непрерывного действия, и подменять одно другим бессмысленно: сигнализатор не покажет объём, а уровнемер стоит в разы дороже там, где хватило бы двух точек.

Дальше начинается главное — среда. Вода, дизель, кислота, сыпучий цемент, пена, вязкая патока, сжиженный газ под давлением: под каждую подходят свои принципы измерения, и универсального датчика не существует. Разберём, как выбирать по физике среды и условиям установки.

Сначала — три вопроса

• Что измеряем: точку или уровень? Защита насоса от сухого хода, перелив, аварийный верхний предел — это сигнализаторы. Учёт запаса, дозирование, регулирование — уровнемер с непрерывным выходом.
• Какая среда? Жидкость или сыпучее, проводящая или нет, вязкая, липкая, агрессивная, склонная к пене и налипанию, с изменяющейся плотностью или диэлектрической проницаемостью.
• Какие условия? Давление и температура, наличие мешалки, парение, запылённость, требования по взрывозащите и по гигиеническому исполнению.

Ответы на эти три вопроса сразу отсекают три четверти вариантов. Остаётся выбор между двумя-тремя принципами, и дальше решает цена, точность и удобство обслуживания.

Принципы измерения и где они работают

• Поплавковые. Механика, дешёвые и понятные. Хороши на чистых жидкостях без взвеси. Не любят налипание и вязкие среды — поплавок залипает, а отказ незаметен до аварии.
• Ёмкостные. Измеряют изменение ёмкости между зондом и стенкой. Работают и по жидкостям, и по сыпучим, включая сигнализацию налипающих сред. Требуют настройки под конкретную среду: смена продукта в резервуаре меняет показания.
• Гидростатические. Погружной или врезной датчик давления столба жидкости. Простые, точные, недорогие. Прямо зависят от плотности: изменилась плотность продукта — уплыла шкала.
• Ультразвуковые. Бесконтактное измерение по времени отражения импульса. Универсальны и удобны, но плохо переносят пену, сильное парение и запылённость: звук в них гаснет.
• Радарные. То же по принципу, но электромагнитной волной. Пар, пыль и температура им почти не мешают. Волноводный радар работает даже по средам с низкой диэлектрической проницаемостью, где обычный радар теряет отражение.
• Вибрационные (камертонные). Сигнализатор, реагирующий на изменение частоты колебаний вилки при погружении. Практически безразличен к свойствам среды — рабочая лошадка для защиты от сухого хода и перелива.
• Кондуктометрические. Электроды, замыкающиеся через проводящую среду. Дёшево и надёжно на воде и водных растворах, бесполезно на нефтепродуктах.
• Весовые. Тензодатчики под опорами ёмкости. Дают массу, а не уровень, — лучший вариант там, где важен именно вес продукта и внутрь резервуара лезть нельзя.

Сравнение по применимости

Сыпучие среды: отдельная история

С сыпучими продуктами не работает ни гидростатика, ни поплавок, а поверхность продукта — не плоскость, а конус. При загрузке сверху и выгрузке снизу разница между показанием в точке замера и реальным объёмом доходит до десятков процентов.

• Точку замера смещают от центра засыпки, чтобы не мерить вершину конуса.
• Ставят два-три датчика и усредняют, если бункер большой и форма насыпи меняется.
• Учитывают пыль. При загрузке цемента или муки облако пыли глушит ультразвук полностью — здесь работает радар или ротационный сигнализатор.
• Проверяют абразивность. Зонд, торчащий в поток продукта, изнашивается; там, где это критично, выбирают бесконтактный принцип.

Электрическая часть и обвязка

Датчик — половина решения. Вторая половина — как сигнал доходит до контроллера и что происходит при обрыве.

• Выходной сигнал. Токовая петля 4–20 мА остаётся стандартом: помехоустойчива, и обрыв линии виден как ток ниже 3,6 мА. Для сигнализаторов — сухой контакт или транзисторный выход.
• Питание и развязка. Отдельный источник питания для полевых цепей, при длинных линиях — гальваническая развязка на оптронах или барьерах.
• Кабель. Экранированная витая пара, экран заземляется с одной стороны. Прокладка отдельно от силовых кабелей — иначе токовая петля начнёт «дышать» вместе с пуском привода.
• Клеммы и защита. Аккуратная разводка на клеммных блоках и компоненты защиты цепей от импульсных перенапряжений на наружных трассах.
• Диагностика. Показания уровня выводят на панель оператора вместе с признаком достоверности, а не только числом.
• Поверка. Для коммерческого учёта нужны приборы с действующим свидетельством и запись в реестре — это отдельный класс измерительных устройств, и подбирают их заранее.

Частые вопросы

Можно ли одним датчиком закрыть и учёт, и защиту от перелива? Технически да, но правильнее разделить: непрерывный уровнемер на учёт и независимый сигнализатор на аварийный предел. Отказ одного прибора не должен снимать защиту.

Что выбрать, если продукт в ёмкости меняется? Радар или весовое измерение: они меньше всего зависят от свойств среды. Ёмкостный и гидростатический придётся перенастраивать под каждый продукт.

Почему ультразвуковой датчик «врёт» после мойки? Из-за пара и капель на излучателе. В моечных циклах уровень достоверно не измеряется — на это время показания блокируют программно.

Как бороться с пеной? Волноводный радар — волна идёт по зонду и пену проходит. Альтернатива — гидростатика снизу, если давление в аппарате стабильно.

Нужна ли взрывозащита? Определяется классом зоны, а не типом продукта. Для зон с взрывоопасной атмосферой берут приборы в искробезопасном исполнении и ставят барьеры на входе в шкаф — это обязательное требование, а не опция.

Сколько служит датчик уровня? Бесконтактные приборы работают десятилетиями, механические поплавки — пока не залипнут. Основная статья отказов не сам датчик, а обвязка: кабель, клеммы, влага в разъёме.

Подберём датчики уровня под вашу среду

Пришлите тип продукта и его свойства, геометрию резервуара, диапазон давления и температуры, требования по взрывозащите и точности на prom@tkasiatorg.ru. Подберём датчики и измерительные устройства, посчитаем обвязку — питание, развязку и кабель — и предложим схему с раздельными контурами учёта и защиты.

Читайте также

• Датчики давления и температуры: как подобрать под задачу
• Модули аналогового ввода: как подобрать под датчики 4–20 мА
• Индуктивный или ёмкостный датчик: как не ошибиться
• Энкодеры: инкрементальные и абсолютные — как подобрать обратную связь