Гидростатический датчик уровня и давления воды

Погружные гидростатические уровнемеры: зачем и почему

Вопрос контроля водопользования всегда был актуальным. Водные ресурсы, которые используют в хозяйственных, производственных и питьевых целях, не бесконечны и подлежат строгому учёту.

Наиболее популярными в этой связи стали погружные гидростатические уровнемеры.

Гидростатические уровнемеры предназначены для непрерывного контроля уровня жидкости. Это надежные уровнемеры, работающие в разных условиях.

Доступная цена плюс относительно небольшая погрешность, большой диапазон измерений (да, это то, что нужно) – главные преимущества этих уровнемеров, которые работают в интервале до 600 м в.ст. с точностью до 0,1% при избыточном давлении ≤10 МПа и температурах от -40 до +150°С.

Гидростатические уровнемеры по способу монтажа (или присоединения к процессу) могут быть 2х типов: погружные и врезные . Сегодня погрузимся в тонкости именно погружных датчиков.

Уровнемеры погружного типа могут работать в

• вязких;
• неагрессивных;
• пульпообразных;
• абразивных;
• агрессивных жидких средах.

А также в открытых и закрытых резервуарах.

В сущности – это специальные зонды, погружаемые на определённую глубину в резервуары и скважины. Они надёжно работают в труднодоступных местах и на больших глубинах, что обеспечивает их широкое применение в разных областях. Простота монтажа и эксплуатации при относительно низкой цене делают данные уровнемеры доступными любым потребителям.

Для чего всё это было создано

Погружные гидростатические датчики уровня применяются для решения большого количества задач:

• Отслеживание уровня в скважинах, бассейнах, колодцах, иных открытых резервуарах с большой глубиной, в естественных водоёмах, а также показателей температуры (дополнительная функция);
• Возможность измерять уровень жидкостей в труднодоступных местах, в узких трубах и т.д. благодаря небольшим габаритам приборов. Обратите внимание – диаметр датчика LMK 306 всего 17 мм;
• Защита скважинных насосов от холостого хода в скважинах – LMP 305 . Проверка опустошения водоемов/хранилищ;
• Наблюдение за уровнем сточных и других загрязненных вод. Для этого подходит Nivopress NP+NAW-104 , в комплект которого входит специальный адаптер для сточных вод;
• Проверка осадки, тяги и положения судна. Датчики LMK 458 , MPM4700 , благодаря своей конструкции, могут применяться в морской воде;
• Применяются в рыболовстве для измерения глубин.

А теперь чуть подробнее расскажем о принципе действия гидростатических уровнемеров. Вы конечно знаете, что принцип основан на измерении силы, с которой столб жидкости давит на чувствительный элемент. На выходе формируется аналоговый сигнал, пропорциональный уровню жидкости. Кроме того, при расчете необходимо учитывать значение атмосферного давления над поверхностью жидкости. И как вывод: давление зависит от высоты столба и плотности жидкости.

Давление жидкости принимает на себя мембрана, которая передает свою деформацию чувствительному элементу – пьезоэлектрическому сенсору. Выходной сигнал модуля преобразования сенсора преобразуется в сигнал, соответствующий измеряемому уровню продукта.

Погружные гидростатические датчики уровня

У погружного датчика зонд опускается в самый низ резервуара. Давление в нижней части зонда измеряет сумму гидростатического давления (Phydr) столба жидкости над ним и атмосферного давления (Patm).

Для компенсации атмосферное давление подводится к датчику через трубку, которая оснащена фильтром воздухопроницаемым, но водонепроницаемым.

Если давление измеряется в открытой скважине, то погружённый датчик измеряет только давление, создаваемое столбом жидкости непосредственно над датчиком.

Вот, собственно, и все. Далее – схема.

Схема гидростатического уровнемера погружного:

Области применения погружных гидростатических уровнемеров

1. Металлургическая , горнодобывающая промышленность: это измерение уровня скважин, грунтовых вод и других открытых резервуаров.
Для этих целей подходят, например, датчики серии ALZ .

2. Природоохранная деятельность : отслеживание уровня вод артезианских скважин.
Обратите внимание на датчики MPM , которые имеют простую и надежную конструкцию и не требуют высокой квалификации персонала.

3. Экологический мониторинг : контроль уровня бассейнов/ водоемов, озер, рек – датчики LMP .

4. Коммунальное хозяйство : Измерение уровня в колодцах и скважинах; контроль загрязненных и сточных вод, мониторинг уровня воды в резервуарах насосных станций.
Для этой цели очень подойдет датчик LMP 307 .

5. Пищевая промышленность : Модель EC 1310 с ввинчивающимся присоединением, дополнительные опции – визуальное наблюдение.

6. Фармацевтическая промышленность : Можно использовать датчик с фланцевым креплением EC 1300 .

7. Судостроение предъявляет к датчикам повышенную стойкость к физическим условиям среды. И к точности измерения в экстремальных условиях. И мы можем предложить такие датчики.

8. Гальванопроизводство . Здесь необходим прибор, корпус и мембрана которого изготовлены из химически стойких материалов.
Датчики серии LMK 858 идеально подойдут для этих целей.

А вот такие особенности как взрывозащищенное или искробезопасное исполнение, уже, как говорится, надо посмотреть. У погружных уровнемеров может потребоваться защита прибора, работающего в опасной среде.

Среди погружных стойкостью к агрессивным и загрязненным средам отличаются датчики NivoPress N , которые могут снабжаться специальными адаптерами для сточных вод. Серию LMP можно применять в средах, неагрессивных к нержавеющей стали.

Отдельные датчики серии LMK химически устойчивы. А датчики LMK 458 используются в тяжелых условиях эксплуатации (в т.ч. морских). Также LMK 858 пригоден для работы в агрессивных средах – в химической промышленности.

Для работы в ограниченном пространстве или труднодоступных местах, для измерения давления/уровня жидкости в трубах подходят погружные уровнемеры малого диаметра: модели LMP 305 или LMK 306 (диаметры корпусов 19 и 17 мм соответственно).

Есть так называемые датчики интеллектуального исполнения. Среди моделей погружных гидростатических к ним относятся датчики серий LMP, LMK.

Преимущества гидростатических уровнемеров

Простота монтажа, относительно низкая погрешность и невысокая стоимость (по сравнению с другими способами измерения) – вот три основных преимущества гидростатических уровнемеров. Кроме того, погружные гидростатические уровнемеры – это:

• Широкий интервал измерения;
• Простота технического обслуживания;
• У некоторых моделей имеются дополнительные датчики, что делает возможным одновременно и непрерывно контролировать несколько параметров жидкости.

Это объясняет большую популярность погружных гидростатических датчиков уровня. Но, как всегда это бывает, нет достоинств без недостатков.

Недостатки и способы их устранения

К недостаткам погружных гидростатических уровнемеров относятся:

Необходимость уравновешивания (или нейтрализации) давления воздуха в атмосфере .
Проблема решена конструкцией прибора.
Решение проблемы: Атмосферное давление подводится к датчику через столб воздуха с помощью специальной трубки.

Боковые перемещения зонда.
Решение проблемы: Датчик размещается как можно дальше от потоков движущейся жидкости. Или устанавливается направляющая труба.

Заиливание или засорение измерительной мембраны фракциями жидкости.
Решение проблемы: установка датчика в местах, где низкая илистость дна или поднятие самого датчика на некоторое расстояние от дна.

Благодаря имеющейся большой линейке погружных гидростатических датчиков уровня, можно выбрать подходящий уровнемер под вашу задачу.

Как получить подробную информацию

З а получением подробной информации обратитесь к специалистам компании «РусАвтоматизация». Мы найдём оптимальное решение и поможем выбрать оборудование, максимально отвечающее требованиям Вашего технологического процесса.

Подписывайтесь, чтобы не пропускать новые публикации.

Источник

Гидростатические датчики уровня, подводные камни

Гидростатические датчики уровня в настоящее время широко представлены на рынке уровнеметрии. Популярность их применения обусловлена сочетанием относительно невысокой цены с высокой точностью измерений и надежностью. Однако перед тем как заложить гидростатические уровнемеры в свой проект автоматизации следует вспомнить об особенностях их применения, которые обусловлены заложенным в них методом измерения.

Не стоит забывать, что гидростатические датчики уровня по существу измеряют давление столба жидкости, действующего на мембрану, и переводят его в уровень с помощью известной всем со школьной скамьи формулы P=ρgh. При этом «датчик рассчитывает», что он не полетит, например, на Луну, где «g» меньше Земного и что плотность жидкости, давление которой он измеряет, будет постоянной (именно той, на которую он откалиброван изготовителем). Если, вероятнее всего, путешествие за пределы нашей планеты датчику не грозит, то с плотностью не все так однозначно. Ведь некоторые жидкости, в частности жидкое топливо, могут изменять плотность.

Плотность жидкого топлива, хранимого в резервуаре, может изменяться по следующим причинам:

1. Добавление в резервуар топлива с плотностью, отличной от той, что на данный момент в нем содержится. Например, плотность дизельного топлива при температуре +15 0 С по ГОСТ нормируется в диапазоне от 800 до 850 кг/м 3 , а плотность бензина марки АИ92 от 710 до 760 кг/м 3 . Т.о., топливо из бензовоза заливаемое в емкость, каждый раз может быть разной.
2. Изменение плотности вследствие изменения температуры. В среднем для бензина и дизельного топлива это изменение равно 0,7 кг/м 3 на 1 0 С. Для определения плотности топлива при текущей температуре используются поправочные таблицы.

Эти на первый взгляд небольшие отклонения могут стать большой проблемой при апробации системы измерения уровня (объема) топлива, в случае если она предназначена для коммерческого учета. Поэтому изначально важно оценить погрешность измерений с учетом плотности и геометрии резервуара и принять решение о ее приемлемости.

В некоторых случаях есть выход. Для резервуаров с постоянной площадью горизонтального сечения (вертикально стоящих цилиндров) гидростатический датчик можно применить для контроля массы, поскольку в данном случае масса пропорциональна давлению, с коэффициентом пропорциональности g/S. В этом легко убедиться выразив высоту водного столба через массу h=m/ρS и подставив ее вышеуказанную формулу: P=(ρg/ρS)·m. Как видно, при этом плотность ρ сократится. Т.е. для измерения массы в данном случае плотность можно не измерять. Однако это «не срабатывает» для емкостей, где площадь горизонтального сечения зависит от высоты, т.е. не является константой. В этом случае нам для измерения массы опять необходимо «знать» текущий уровень или же плотность.

Кроме вышесказанного, нельзя забывать о том, что вероятнее всего в резервуарах с топливом присутствует избыточное давление газов, которое также будет вносить погрешность в измерение уровня. И клапаны сброса избыточного давления могут «не спасти», поскольку открываются только при достижении давлением определенного порога. Эту погрешность также необходимо учесть при проектировании.

Конечно, в указанных случаях, если требуется повысить точность измерений, можно дополнить систему датчиком давления газа, датчиком плотности и температуры, контроллером с ПО математического расчета уровня. Однако стоимость такой системы будет уже сопоставима со стоимостью специализированных датчиков уровня основанных, как правило, на магнитострикционном или емкостном методе измерения, с плотномером и термометром «на борту».

В тех же системах мониторинга и автоматизированного управления технологическими процессами, где не требуется высокой точности измерений жидкостей с переменной плотностью, применение такого надежного и недорого решения как гидростатический датчик уровня зачастую вполне оправдано.

Просто даем возможность знать больше,
чтобы Вы стали лучшими среди профессионалов!

Обзор других информационных выпусков:

Источник

Гидростатический уровнемер (датчик уровня)

Гидростатический уровнемер функционирует за счет измерения давления или перепада давления в жидкости. Такой способ основан на факте существования гидростатического давления в жидкости и его изменения прямо пропорционально глубине. Специальные датчики позволяющие измерять уровень в открытых или закрытых резервуарах. Соответственно, одна мембрана устанавливается непосредственно на резервуаре, а вторая – в области избыточного давления (для закрытых емкостей) и на подаче атмосферного давления (в открытых). Устройства такого типа могут работать с вязкими жидкостями и при большом избыточном давлении. Однако важно, чтобы чувствительный элемент находился в непосредственном контакте с измеряемой средой.

Виды гидростатических уровнемеров

Датчики уровня гидравлического типа выполняются в двух конструкционных вариантах.

Первый вариант исполнения – погружные преобразователи давления, что представляют собой 2 блока, объединенных компенсационным кабелем. Измерительный блок – это погружной зонд. Они используются для скважин, колодцев, открытых резервуаров, водоемов. Также подходят для безнапорных баков. Устройства изготавливаются из разных материалов. Корпус может быть нержавеющим стальным или полимерным, а чувствительная мембрана – стальной или керамической. В оболочке компенсационного кабеля проходит трубка опорного давления, и она может быть тефлоновой, полиуретановой или из ПВХ.

Второй вариант – врезной преобразователь, подходящий для горизонтальной установки в стенку резервуара. В них предусмотрена открытая торцевая мембрана. Также модели могут быть контактными и бесконтактными.

Также модели классифицируются по:

• Способу присоединения: погружные, врезные, фланцевые;
• Типу измеряемой среды: неагрессивная или агрессивная, густая, абразивная и так далее;
• Способу связи с атмосферой: для закрытых и открытых резервуаров.

Область применения гидростатического датчика уровня

Гидростатические датчики уровня – оптимизированные функциональные устройства, помогающие измерять глубину столба и давления жидкости. Они используются в разных сферах промышленности, связанных с водой или с газом, в том числе в: нефтегазовой, химической, фармацевтической промышленности, где позволяют проводить контрольно-измерительные работы с газами, нефтью, топливом, спиртами и кислотами, проводить количественную оценку жидкостей.

Также это оборудование широко используется в металлургии и добывающей промышленности для оценки уровня грунтовых вод или жидкостей в скважинах, водоемах. Кроме того, они необходимы и в экологическом контроле, в том числе для промера объема резервуаров с технической и питьевой водой на заводах и в населенных пунктах, для контроля состояния естественных водоемов.

Качественная современная техника используется для решения следующих задач:

• Мониторинг уровня жидкости в емкости и ее давления в непрерывном режиме, вне зависимости от состава и уровня загрязненности;
• Оценка количества сжиженного газа в промышленных резервуарах;
• Контроль давления в различных гидравлических и воздушных системах – насосах и компрессорах;
• В качестве детекторов критического уровня;
• Контроль заполняемости оросительных установок, пульверизаторов;
• Коммерческий учет различных жидкостей;
• Отслеживание процесса заполнения септиков;
• Как защитный элемент в системах со скважинными насосами: предупреждают запуск на холостом ходу;
• Обследование узких труднодоступных мест в трубопроводах.

Принцип работы (действия) гидростатического уровнемера

Погружной скважинный датчик уровня измеряет гидростатическое давление. Этот метод позволяет определить высоту столба жидкости в зависимости от того, какое давление действует на боковые стенки сосуда или его дно. В соответствии с законом Паскаля, гидростатическое давление зависит только от высоты столба и плотности жидкости, а форма и общий объем резервуара никак на эту величину не влияют.

Поэтому можно стационарно закрепить на боковой поверхности резервуара датчик (либо использовать погружную модель, в которой датчик давления располагается непосредственно в контролируемой среде на определенной глубине). Соответственно, устройство помогает измерить давление, а затем преобразовать это значение в объем.

Принцип измерения сохраняется общим для всех уровнемеров, вне зависимости от того, какая конструкция выбрана – фланцевая, погружная или врезная. Важно учитывать, что с их помощью можно измерять только жидкости с постоянной плотностью.

Также имеет значение тип мембраны: открытую можно использовать только там, где в жидкости нет крупных включений, способных привести к повреждениям. Защищенную мембрану можно использовать для сильно загрязненных сред, но возможные включения должны быть больше размера технологического отверстия. Иначе мембрану придется часто чистить, а при механическом воздействии она может повредиться.

Преимущества использования гидростатического датчика уровня

С помощью гидростатического уровнемера можно измерить столб жидкости при глубине погружения до 100-250 м. Также есть модели в специальном исполнении, для глубоководных замеров. Ключевыми преимуществами таких устройств считаются:

• Надежные комплектующие, в том числе мембраны из нержавеющей стали и герметично изолированный корпус (класс защиты IP68) – стальной либо титановый;
• В кабеле предусматривается воздухопроницаемый, но водонепроницаемый фильтр;
• Возможность выбора длины (должна превышать максимальный уровень жидкости) и материала кабеля с учетом плотности и агрессивности измеряемых сред (для воды и жидкостей на водной основе, для масел, концентрированных кислот и щелочей или высокотемпературных жидкостей, нагретых до +125 градусов);
• Наличие дополнительных датчиков температуры, молниезащиты в определенных моделях, а также взрывозащищенное исполнение в ряде случаев;
• Возможность использования в тяжелых условиях и на большой глубине;
• Надежность и долговечность измерительного устройства, его легкая очистка (достаточно просто извлечь корпус из жидкости).

В каталоге компании Измеркон представлены модели, созданные для систем водоснабжения, для нужд гидрогеологии, а также для очистных сооружений. Также в наличии промышленные преобразователи уровня (в том числе с цифровым интерфейсом).

Источник