Ši svetainė naudoja slapukus („cookies“), norint suteikti kokybiškesnes paslaugas. Likdami svetainėje sutinkate su šia politika.

Skysčių lygio matavimas

Paskelbta auregis 2016.01.21 0 Komentarai Straipsniai,

Kaip matuoti skysčių lygį?

 

Skysčių lygio matavimui taikomi įvairūs būdai ir priemonės priklausomai nuo skysčių savybių ir proceso parametrų. Renkantis tinkamą variantą, būtina įvertinti specifines produkto savybes, konstrukcijos bei technologinius reikalavimus įrangai:

  • skysčių lygio diapazonas,Panardinamas ECL tipo hidrostatinis lygio jutiklis, TRAFAG
  • skysčių savybės (laidūs ar nelaidūs elektros srovei, agresyvūs aplinkai, sprogūs/degūs (Ex) ir kt.),
  • talpos slėgio diapazonas,
  • skysčio cirkuliacijos intensyvumas (siurblių darbas),
  • skysčio ir aplinkos temperatūrų diapazonas,
  • išėjimo signalas.

Šie parametrai aptariami kartu su UAB „Auregis“ įmonės specialistu, kuris remdamasis gauta pirmine informacija, pasiūlys optimaliausią variantą. Šiame straipsnyje pristatysime šiuos skysčių lygio matavimo jutiklius:

  • hidrostatiniai (panardinami),
  • jutikliai su integruotu duomenų kaupikliu- registratoriumi,
  • slėgio jutikliai su frontaline diafragma,
  • talpiniai,
  • rezistyviniai,
  • akustiniai (ultragarsiniai),
  • plūdiniai,

Apžvelgsime galimus lygio jutiklio sudedamųjų dalių variantus tokius, kaip sensoriaus tipai ir galimi jutiklio prijungimo būdai. Įvardinsime lygio jutiklių reikalingas sąlygas: apsauga nuo žaibų, vandens ir kondensato (IP). Aptarsime vartotojui matavimą palengvinančius variantus: duomenų kaupikliai – registratoriai.

 

Universaliausias matavimo būdas – naudoti hidrostatinius (panardinamus) lygio jutiklius (1pav.). Jie tinka laidžioms, nelaidžioms bei įvairaus klampumo skystoms medžiagoms. Būtina įvertinti terpės temperatūrų diapazoną. Standartiniame išpildyme temperatūrų diapazonas yra nuo -5 iki +50°C, o specialiame – nuo -25 iki + 80°C.

 

Sensorių technologijos

 

Skysčio sukuriamą slėgį priima diafragma, o jos deformaciją į elektrinį signalą keičia tenzometriniai arba pjezoelektriniai sensoriai. Išskiriamos sensorių technologijos:

 

1. Patys tiksliausi ir su didžiausiomis leistinomis (3 - 10 kartų) perkrovomis yra plonasluoksniai rezistyviniai sensoriai ant metalo (thin film on steel).

2. Siauresniam diapazonui ir mažiau tikslūs gaminami pagal storasluoksnę technologiją ant keraminio pagrindo (thick film on ceramic).

 

Jutiklio maitinimas

 

Integruota elektronika slėgio signalą transformuoja į standartinį srovinį signalą 4-20mA., kai jutiklis maitinamas iš srovės kilpos: 0-4mA naudojami jutiklio elektronikos maitinimui, o naudingas signalas išėjime yra nuo 4 iki 20 mA ir proporcingas skysčio slėgiui arba skysčio užpildymo lygiui. Jutiklio prijungimas srovės kilpa sumažina elektrinių trikdžių įtaką, prijungimui pakanka dviejų laidų, ryšio linijos ilgis gali būti daugiau nei keli šimtai metrų, o maitinimo įtampa gali keistis plačiose ribose (nuo 9 iki 32 V) be įtakos matavimo tikslumui. Ta pačia dvilaide linija galima perduoti ir papildomą informaciją (HART protokolas). Atskirais atvejais naudojami jutikliai su 0-10V signalu išėjime.

 

Apsauga nuo viršįtampių

 

Ilgoms ryšio linijoms reikia rinktis jutiklių išpildymą su apsauga nuo žaibų ir viršįtampių.

 

Matavimo paklaidų mažinimas

 

Nuo įprastų slėgio jutiklių panardinami skiriasi atmosferinio slėgio kompensacija. Matuojant žemus lygius, be atmosferinio slėgio kompensacijos, gaunamos didelės matavimo paklaidos.

 

Apsauga nuo vandens ir kondensato

 

Patikimam panardinamo jutiklio veikimui būtina patikima apsauga nuo vandens ir kondensato patekimo į kapiliarą. Tokią

Slėgio jutiklio prijungimas darbui sprogioje zonoje, EX

 funkciją atlieka specialus drėgmės filtras kapiliaro išvade.

 

Rodmenų koregavimas

Lygio jutikliai kalibruojami vandens lygiui metrais arba slėgiui mBar. Jeigu matuojamo skysčio lyginamasis svoris skiriasi nuo vandens, nustatant matavimo prietaiso rodmenis, koreguojame parinkdami individualią charakteristiką. Lengvesniems skysčiams rodmenys didinami, o sunkesniems – mažinami proporcingai skysčio tankiui. Hidrostatiniai jutikliai tinka įvairaus lyginamojo svorio bei klampumo skysčiams, išskyrus kietėjančius prie aukštų temperatūrų (pvz. palmių aliejus, taukai).

 

Degių skysčių lygio matavimo ypatumai

 

Degių skysčių (benzinas, žibalas ir kt.) lygio kontrolei galima naudoti tik jutiklius skirtus darbui sprogioje aplinkoje (išpildymas Ex). Sprogios zonos atskyrimui ryšio linijoje jungiamas signalo separatorius. Jis montuojamas saugioje zonoje ir galvaniškai atskiria signalo perdavimo liniją bei maitinimo grandinę nuo sprogios zonos (2 pav.). 

 

Hidrostatinis lygio jutiklis su duomenų kaupikliu.

Jutikliai su integruotu duomenų kaupikliu-registratoriumi

 

Gaminami lygio jutikliai su integruotu duomenų kaupikliu-registratoriumi. Pastarasis randasi panardinamo jutiklio pakaboje ir dažniausiai maitinamas iš vidinės baterijos (3 pav.). Sukaupti duomenys gali būti nuskaitomi prisijungus ryšio kabeliu (USB) ar belaidėmis technologijomis (Bluetooth, Wi-Fi). Pastarieji prietaisai plačiai naudojami monitoringo sistemose vandens lygio ir hidrologinio režimo kontrolei hidroelektrinėse, vandens saugyklose ir gręžiniuose. 

 

Apsauga nuo vibracijų ir elektronikos apsauga

 

Kaip papildoma opcija panardinamiems jutikliams yra vidinės ertmės užpildymas želė mase, padidinančia jutiklių atsparumą vibracijoms ir ir užtikrinančia elektronikos apsaugą.

Slėgio jutiklis FPT su frontaline diafragma, TRAFAG.

 

Panardinamo jutiklio padėties stabilizavimas

 

 

Daugumoje atvejų panardinamo jutiklio padėties stabilizavimui pakanka balastinio svarsčio, o esant didelei skysčio cirkuliacijai arba pratekančiose talpose jutiklis montuojamas apsauginiame vamzdyje.

 

Lygio matavimas atvirose talpose

 

Jeigu nereikalaujama itin didelio tikslumo skysčių lygio kontrolei dideliuose rezervuaruose ar talpyklose, kuriose produktai laikomi atmosferiniame slėgyje, galime naudoti įprastinius slėgio jutiklius. Svarbu reikiamai parinkti jutiklio prijungimo vietą - ji turi būti pakelta nuo apatinės talpos dalies, kad nepatektų nuosėdos į jutiklį, ir nerekomenduojama montuoti skysčio padavimo/išpylimo vamzdyje.

 

Slėgio jutikliai su frontaline diafragma

 

Atvejams, kai kontroliuojamas klampių skysčių lygis, slėgio jutikliai su frontaline diafragma yra pranašesni (4 pav.). Jie tinka mažai takių skysčių ir emulsijų lygio kontrolei. Taip pat šie jutikliai taikomi aukštos temperatūros skysčių lygio kontrolei. NAT ir NAH (TRAFAG) serijos tipų jutikliams leistina terpės temperatūra iki 125°C. Esant aukštesnėms temperatūroms slėgio jutiklis prijungiamas prie talpos naudojant specialų separatorių, kapiliaru sujungtą su slėgio jutikliu. Separatorius ir kapiliaras yra pilnai užpildomi specialia aukštoms temperatūroms atsparia alyva, paduodančia slėgį jutikliams.

 

Skystų medžiag sų, kurios kietėja aukštose temperatūrose, lygio matavimas

 

Skystų medžiagų, kurios kietėja palyginus aukštose temperatūrose (parafinai, aliejai ir pan.), lygio kontrolei naudojami šildomi separatoriai su frontaline diafragma. Norėdami išvengti staigių slėgio šuolių, kai jutiklis prijungiamas prie skysčio padavimo trasos, naudojami specialūs slopintuvai. Jutikliuose su atitolinta diafragma (pvz. NAH, NAT) numatyta galimybė įsukti specialų slopintuvą – varžtą su mažo diametro (D =0,3...1,0 mm) vidine anga. Jei jo slopinimo nepakanka, pvz.: linijoje didelio našumo padavimo siurblys, naudojamas labirintinis slopintuvas – dvi- trys didesnio diametro kameros atskirtos pertvaromis su mažo diametro angomis.

 

Talpinių lygio jutiklių tipaiSkysčių, laikomų didesniame nei atmosferinio slėgio talpose, lygio matavimas

 

Skysčiams, laikomiems didesniame nei atmosferinio slėgio talpose (skystos dujos, hidroforai, energetiniai katilai ir pan.), naudojami talpiniai ir plūdiniai lygio jutikliai. Talpinių veikimas pagrįstas kondensatoriaus, kurį sudaro du elektrodai (strypas vamzdyje, du lygiagretūs strypai arba elektrodas ir plieninio rezervuaro korpusas, 5 pav.), talpos priklausomybė nuo skysčių lygio.

 

Aukšto skysčių lygio matavimo ypatumai

 

Aukštam skysčių lygiui matuoti naudojami trosiniai elektrodai. Išmatuota kondensatoriaus talpa elektroniniame bloke konvertuojama į standartinį įtampos arba srovės išėjimo signalą. Sumontavus jutiklis kalibruojamas prie atitinkamos terpės temperatūros ir užpildant talpą technologiniu skysčiu (tepalu, alyva, produktų tirpalais ir kt.).

 

Dielektrinė skverbtis

 

Dielektrinė skverbtis yra svarbus parametras kontroliuojant skysčių lygį, kai ji ženkliai priklauso nuo temperatūros. Be to, įvairių produktų dielektrinė skverbtis keičiasi plačiose ribose ir priklauso nuo kelių parametrų (drėgmės, koncentracijos, priedų kiekio ir pan.). Eksploatacijai palengvinti talpiniuose jutikliuose galima pasirinkti matuojamos talpos dydį/diapazoną. CL-36 jutikliams maksimali matuojama talpos vertė - 1000pF, o minimalus nustatomas matavimo diapazonas - 0-20pF.

 

 

Laidžių skysčių matavimo ypatumai

 

Laidžių skysčių lygio kontrolei jutiklio potencialinis elektrodas padengiamas izoliacija (polietilenas, ftoroplastas). Aukštiems skysčių lygiams matuoti ir kai nėra galimybės sumontuoti ilgus strypus, naudojami segmentiniai strypai arba trosiniai 5-6 mm diametro elektrodai.

 

Rodmenų „plaukiojimo“ išvengimas esant stipriai skysčių cirkuliacijai

Daugiazoniai lygio indikatoriai.

 

Esant stiprioms skysčių cirkuliacijoms rezervuare, būtina elektrodų fiksacija arba stabilizuojantis atsvaras, kad išvengti rodmenų ,,plaukiojimo”, o ypatingais atvejais trosinis elektrodas fiksuojamas rezervuaro dugne spyruokline jungtimi, kompensuojančia šilumines deformacijas. Šio tipo lygio kontrolės prietaisais galima dirbti terpėse su temperatūra iki 200°C. 

 

 

 

Akustiniai (ultragarsiniai) lygio jutikliai

 

 

Skysčių lygio kontrolei taikomi ir akustiniai lygio jutikliai. Tai miniatiūrinis akustinis lokatorius. Pats jutiklis neturi kontakto su terpe. Skysčių temperatūrų diapazonas siauresnis (iki +70...80°C), o kontroliuojamas lygis nuo 20 centimetrų iki 10-15 metrų. Pagrindinė panaudojimo kliūtis, tai akustinių atspindžių trukdžiai didelės talpos rezervuaruose. Panašiu principu veikia ir lokatoriniai lygio jutikliai, dirbantys radijo dažnių diapazone. Jais kontroliuojami skysčių lygiai dešimčių ir šimtų metrų diapazone ir nutolusiems objektams nuo prietaiso instaliavimo vietos, o terpės temperatūra gali siekti daugiau nei 400°C. Šių prietaisų taikymo sritis labai specifinė.

 

Plūdiniai lygio jutikliai

 

Pirmieji lygio jutikliai buvo įvairių konstrukcijų plūdės (6 pav.). Nežiūrint techninio progreso, šie jutikliai išlaiko savo nišą. Tai lygio kontrolė slėginiuose induose iki 40 bar ir temperatūrose iki 110...120°C. Analoginis signalas generuojamas rezistorių matrica, komutuojama magnetiškai valdomais kontaktoriais – gerkonais. Maksimalus kontroliuojamas lygis 2,0...2,5 m, o skyra - 10...20 mm. Daugumai praktinių pritaikymų tokio tikslumo pakanka.

 

Daugiazoniai lygio jutikliai

 

UAB „Auregis“ specialistai gali pagaminti daugiazonį lygio indikatorių, t.y. supaprastintą plūdinio lygio jutiklio variantą (žiūrėti 7 pav. žemiau). Šio tipo prietaise jautrūs elementai yra valdomi keliomis plūdėmis su įmontuotais magnetais. Plūdžių skaičius parenkamas pagal kontroliuojamų lygių skaičių (1 ... 7). Nejautrumo zona priklauso nuo magneto bei gerkono savybių ir nekeičiama. Atstumas tarp lygių ribojamas naudojamų plūdžių aukščiu ir plūdės judėjimo zona tarp fiksatorių. Pagrindinis jų pritaikymas – ribinių lygių signalizacija talpose.

 

Renkantis skystų medžiagų lygio matavimo jutiklį, UAB „Auregis“ specialistai įvertina sąlygas, kuriose stovės sensorius, reikalingą sensoriaus patikimumą, kainą ir galimus technologinius nuostolius, sutrikus valdymui dėl jutiklio gedimo. 

 

Dr. Rimvydas Ambrulevičius

UAB "Auregis"

Palikti komentarą