- Návrh a princip provozu
- Typy hladinových senzorů
- Jak si vybrat?
- Udělejte snímač hladiny vody v nádrži vlastníma rukama
Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!
Pro automatizaci mnoha výrobních procesů je nutné sledovat hladinu vody v nádrži, měření se provádí pomocí speciálního senzoru, který vyšle signál, když procesní médium dosáhne určité úrovně. Je nemožné bez běžných měřidel v každodenním životě, živým příkladem je uzavírací ventil toalety nebo automatické zařízení pro odstavení studny. Podívejme se na různé typy hladinových senzorů, jejich konstrukci a princip provozu. Tyto informace budou užitečné při výběru zařízení pro konkrétní úkol nebo při vytváření senzoru vlastníma rukama.
Návrh a princip provozu
Konstrukce měřicích přístrojů tohoto typu je určena následujícími parametry:
- Funkčnost, v závislosti na tomto zařízení, je obvykle rozdělena na signalizační zařízení a hladinoměry. První stopa specifického bodu naplnění nádrže (minimální nebo maximální), druhá průběžná kontrola hladiny.
- Princip činnosti může být založen na: hydrostatice, elektrické vodivosti, magnetismu, optice, akustice atd. Ve skutečnosti se jedná o hlavní parametr, který určuje rozsah aplikace.
- Metoda měření (kontaktní nebo bezkontaktní).
Konstrukční vlastnosti jsou navíc dány povahou technologického prostředí. Jedna věc je měření výšky pitné vody v nádrži, další je kontrola plnění nádrží pro průmyslové odpadní vody. V tomto případě je nutná vhodná ochrana.
Typy hladinových senzorů
V závislosti na principu činnosti lze signalizační zařízení rozdělit do následujících typů:
- plovákový typ;
- použití ultrazvukových vln;
- zařízení s kapacitním principem;
- elektroda;
- radarový typ;
- práce na hydrostatickém principu.
Vzhledem k tomu, že tyto typy jsou nejběžnější, zvažte každý z nich zvlášť.
Plavák
Toto je nejjednodušší, ale přesto účinný a spolehlivý způsob měření tekutiny v nádrži nebo v jiné nádobě. Příklad implementace lze nalézt na obrázku 2.
Konstrukce sestává z plováku s magnetem a dvou jazýčkových spínačů instalovaných v řídicích bodech. Stručně popište princip akce:
- Nádrž je vyprázdněna na kritické minimum (A na obr. 2), zatímco plovák je spuštěn na úroveň, kde je umístěn jazýčkový spínač 2, zapne relé dodávající energii čerpadlu čerpajícímu vodu ze studny.
- Voda dosáhne maximální značky, plovák se zvedne do polohy jazýčkového spínače 1, spustí se a relé se vypne, motor čerpadla přestane fungovat.
Je to docela jednoduché udělat takový jazýčkový přepínač sami, ale jeho konfigurace je snížena na nastavení on-off úrovní.
Všimněte si, že pokud zvolíte správný materiál pro plovák, bude senzor hladiny vody fungovat, i když je v nádrži vrstva pěny.
Ultrazvuk
Tento typ elektroměru lze použít pro kapalná i suchá média a může mít analogový nebo diskrétní výstup. To znamená, že senzor může omezit plnění tak, aby dosáhl určitého bodu nebo ho neustále sledoval. Zařízení obsahuje ultrazvukový vysílač, zpracování signálu přijímače a řadiče. Princip činnosti detektoru je znázorněn na obr. 3. Obr.
Systém funguje takto:
- vyzařuje se ultrazvukový puls;
- odražený signál je přijat;
- Analyzuje se doba útlumu signálu. Pokud je nádrž plná, bude krátká (A obr. 3), a jakmile začne vyprazdňovat, začne se zvyšovat (B obr. 3).
Ultrazvukový alarm je bezkontaktní a bezdrátový, takže jej lze použít i v agresivním a výbušném prostředí. Po počátečním nastavení takový senzor nevyžaduje žádnou speciální údržbu a absence pohyblivých částí výrazně prodlužuje životnost.
Elektroda
Elektrodové (vodivostní) alarmy umožňují ovládat jednu nebo více úrovní elektricky vodivého média (to znamená, že nejsou vhodné pro měření naplnění nádrže destilovanou vodou). Příklad použití zařízení je znázorněn na obr. 4. Obr.
Ve výše uvedeném příkladu je použito tříúrovňové poplašné zařízení, ve kterém dvě elektrody řídí plnění nádrže a třetí je nouzové pro aktivaci režimu intenzivního čerpání.
Kapacitní
Pomocí těchto signalizačních zařízení je možné stanovit maximální naplnění nádoby a jako technologické médium mohou působit jak kapalné, tak granulované látky smíšené směsi (viz obr. 5).
Princip činnosti detektoru je stejný jako princip kondenzátoru: provádí se měření kapacity mezi deskami snímacího prvku. Když dosáhne prahové hodnoty, je do řídicího systému odeslán signál. V některých případech se jedná o verzi „suchý kontakt“, to znamená, že měřidlo pracuje přes stěnu nádrže izolovaně od pracovního média.
Tato zařízení mohou pracovat v širokém teplotním rozsahu, nejsou ovlivněna elektromagnetickými poli a provoz je možný ve velké vzdálenosti. Tyto vlastnosti významně rozšiřují rozsah použití až na těžké provozní podmínky.
Radar
Tento typ poplašného zařízení může být skutečně nazýván univerzálním, protože může pracovat s jakýmkoliv technologickým prostředím, včetně agresivních a výbušných, a tlak a teplota neovlivní hodnoty. Příklad činnosti zařízení je uveden na obrázku níže.
Zařízení vyzařuje rádiové vlny v úzkém rozsahu (několik gigahertz), přijímač zachytí odražený signál a určí kapacitu kapacitance svou dobou zpoždění. Měřicí senzor není ovlivněn tlakem, teplotou ani povahou procesní kapaliny. Prach také neovlivňuje odečty, což neplatí pro laserové alarmy. Je také nutné poznamenat vysokou přesnost zařízení tohoto typu, jejich chyba je nejvýše jeden milimetr.
Hydrostatické
Tyto alarmy mohou měřit jak okrajové, tak aktuální nádrže. Jejich princip činnosti je ukázán na obr. 7.
Přístroj je postaven na principu měření úrovně tlaku vytvářeného kapalinovým sloupcem. Přijatelná přesnost a nízké náklady učinily tento vzhled velmi populárním.
V rámci tohoto článku nemůžeme kontrolovat všechny typy alarmů, například rotační vlajku, pro stanovení objemových látek (signál nastane, když se čepel ventilátoru zasekne v hromadném médiu, když předtím vytáhla jámu). Také nemá smysl uvažovat o principu provozu radioizotopových elektroměrů, zejména proto, aby bylo doporučeno kontrolovat úroveň pitné vody.
Jak si vybrat?
Volba snímače hladiny vody v nádrži závisí na mnoha faktorech, z nichž hlavní jsou:
- Složení kapaliny. V závislosti na obsahu nečistot ve vodě se může měnit hustota a vodivost roztoku, což pravděpodobně ovlivní hodnoty.
- Objem nádrže a materiál, ze kterého je vyroben.
- Funkční účel nádrže pro hromadění tekutiny.
- Vyžaduje se kontrola minimální a maximální úrovně nebo monitorování aktuálního stavu.
- Přípustnost integrace do automatizovaného systému řízení.
- Možnosti přepínání zařízení.
Toto není úplný seznam pro výběr nástrojů tohoto typu. Přirozeně, pro domácí účely mohou být kritéria výběru významně omezena omezením na objem nádrže, typ provozu a řídicí obvod. Významné snížení požadavků umožňuje nezávisle vyrábět takové zařízení.
Udělejte snímač hladiny vody v nádrži vlastníma rukama
Předpokládejme, že je úkol automatizovat práci ponorného čerpadla pro přívod vody do chaty. Voda zpravidla vstupuje do zásobníku, proto se musíme ujistit, že se čerpadlo automaticky vypne, když je naplněno. Pro tento účel není nutné kupovat laserový nebo radarový indikátor hladiny, ve skutečnosti není nutný žádný nákup. Jednoduchý úkol vyžaduje jednoduché řešení.
K vyřešení problému je zapotřebí magnetický spouštěč s 220 voltovou cívkou a dvěma jazýčkovými spínači: minimální úroveň je pro zkrat, maximální úroveň je pro otevření. Schéma zapojení čerpadla je jednoduché a důležité. Princip fungování byl popsán výše, ale opakujeme to:
- Jak se nastavuje voda, plovák s magnetem postupně stoupá, dokud nedosáhne maximální úrovně jazýčkového spínače.
- Magnetické pole otevírá jazýčkový spínač, vypíná cívku startéru, což vede k odpojení motoru od napětí.
- Když se voda spotřebovává, plovák klesá, dokud nedosáhne minimální značky naproti dolnímu jazýčkovému spínači, jeho kontakty se zavřou a na startovací cívku, která dodává napětí do čerpadla, se přivádí napětí. Takový senzor hladiny vody v nádrži může na rozdíl od elektronického řídicího systému fungovat po celá desetiletí.