Виды приборов для измерения уровня: принципы работы, особенности и руководство по выбору

Измерение уровня широко применяется в химической переработке, очистке воды, производстве пищевых продуктов и напитков, фармацевтике, управлении сельскохозяйственными водными ресурсами, горнодобывающей промышленности, системах хранения и в области промышленной автоматизации. В зависимости от среды, конструкции резервуара, температуры, давления и условий монтажа требуются различные технологии измерения.

К числу распространённых технологий относятся гидростатический, ультразвуковой, плавучий, радиолокационный, РЧ-адмитансный и ёмкостный методы измерения уровня. Ни одна из этих технологий не подходит для всех сценариев применения, поэтому при выборе следует учитывать условия технологического процесса, диапазон измерения, требования к монтажу, характеристики выходного сигнала и требования к обслуживанию.

1. Гидростатическое измерение уровня

Гидростатическое измерение уровня позволяет определять уровень жидкости на основе давления, создаваемого жидкостным столбом.Если плотность жидкости остаётся относительно постоянной, то увеличение её высоты приводит к соответствующему росту гидростатического давления.

Принцип измерения:

— подходит для непрерывного измерения уровня жидкости.

— типичные области применения:

— водные резервуары, водохранилища, скважины и промышленные системы хранения.

Стабильность процесса:

— пена, пар и турбулентность на поверхности не оказывают прямого влияния на измерение давления.

— интеграция системы;

Промышленные модели могут обеспечивать диапазон 4–20.mA или RS485 Выходы.

Гидростатические измерения зависят от плотности жидкости. Если плотность существенно изменяется вследствие изменения температуры, концентрации или состава процесса, Вычисленный уровень также может сместиться. Для герметичных сосудов под давлением может потребоваться компенсация давления в газовой фазе или измерение разностного давления.

— ультразвуковое измерение уровня.

Ультразвуковые датчики уровня, как правило, являются бесконтактными приборами. Сенсор излучает ультразвуковой импульс в сторону жидкой или твёрдой поверхности и измеряет время распространения отражённого сигнала. Измерённое расстояние затем преобразуется в уровень в соответствии с опорной высотой установки.

Ненонконтактное измерение

Датчик в нормальных условиях не находится в прямом контакте с технологической средой.

Применение в жидких средах и при работе с некоторыми твёрдыми веществами

Подходит для резервуаров, бассейнов, систем сточных вод, открытых каналов и для определённых видов твёрдых материалов.

Относительно простая установка

Идеально подходит для применения при атмосферном давлении в условиях стабильного состава воздуха.

Интеграция в системы автоматизации

Можно подключить к PLC s, RTU, записывающие устройства и системы удалённого мониторинга.

Поскольку ультразвуковые сигналы распространяются через газовый слой над технологическим процессом, Изменения температуры, пар, пена, интенсивный воздушный поток, пыль, турбулентность на поверхности и внутренние препятствия могут влиять на стабильность измерений.

3. Измерение уровня с помощью плавника

Устройства для измерения уровня жидкости используют принцип плавучести для отслеживания изменений уровня жидкости. По мере подъёма или опускания жидкости плавник перемещается соответствующим образом, а его положение преобразуется в уровеньной сигнал посредством магнитного сопряжения. механическое linkage, ридовые переключатели или другие методы датирования.

Прямой механический принцип.

Широко применяется в традиционных системах контроля уровня жидкости.

Независимое от диэлектрической проницаемости.

Подходит для многих стандартных видов жидкостей.

Возможность точечного или непрерывного измерения.

Может использоваться как в качестве переключателя уровня, так и для непрерывного отображения уровня.

Поскольку плавник находится в прямом контакте с средой, возникают проблемы, связанные с вязкостью, коррозией и наличием твёрдых частиц, Необходимо учитывать процессы кристаллизации, образование отложений и доступное пространство для перемещения. Среды с высокой вязкостью или склонные к загрязнению могут ограничивать движение плавучих тел.

— радарное измерение уровня.

— передатчики радарного уровня; они используют высокочастотные электромагнитные волны для измерения уровня без контакта. Антенна излучает радарный сигнал в сторону поверхности процесса, а отражённый сигнал анализируется для определения фактического уровня жидкости или твёрдого тела.

— бесконтактное измерение

Подходит как для жидкостей, так и для твёрдых тел в крупнотоннатурных количествах.

— подходит для эксплуатации в более строгих условиях.

— в целом менее чувствителен к изменениям температуры, давления и концентрации паров по сравнению с ультразвуковыми измерительными устройствами.

— не содержит механических движущихся частей.

— подходит для длительных непрерывных измерений.

— широкий спектр областей применения.

— используется в резервуарах, силосах, системах очистки воды, химических процессах и в горнодобывающей промышленности.

Рефлексия на радаре по-прежнему зависит от диэлектрической проницаемости и положения установки. геометрия резервуара и нежелательные эхо При использовании низкодиэлектрических сред или сложных сосудов требуется тщательный подбор радиочастоты, конструкции антенны и её места установки.

5. Измерение уровня ВЧ-проникчивости

Устройства измерения уровня ВЧ-проникновения обнаруживают изменения электрических характеристик между зондом и сосудом. Как правило, они используют контактный зонд и могут применяться к жидкостям, суспензиям, порошкам и гранулированным материалам.

Поддерживает различные типы сред: подходит для жидкостей, суспензий, порошков и гранул.

;

— детекция уровня по точкам.

Часто используется для высокоуровневых и низкоуровневых сигналов тревоги.

— применимо к некоторым средам для нанесения покрытий.

— при соответствующем проектировании устройство способно выдерживать определённые условия нанесения покрытий или их накопления.

— измерение импеданса в радиочастотном диапазоне может зависеть от электрических свойств среды. Покрытие зонда и геометрия его установки Приборы, в которых наблюдаются значительные изменения диэлектрических свойств или сильное накопление заряда, должны быть калиброваны и проверены в реальных технологических условиях.

— 6. Капакитивное измерение уровня

Капактивные измерительные приборы фиксируют изменения ёмкости при поступлении материала в чувствительную зону между зондом и опорным электродом. Диэлектрическая проницаемость рабочей среды напрямую влияет на характеристики ёмкостного отклика.

Жидкости и отобранные твёрдые вещества;

Подходит для различных жидкостей, порошков и гранулированных материалов;

Компактная конструкция;

Подходит для применения в небольших ёмкостях и установках с ограниченным пространством;

Возможна непрерывная или точечная измерительная конфигурация;

Можно настроить для непрерывного или точечного определения уровня.

Капактивная измерение чувствительно к диэлектрической проницаемости и составу материала. накопление зонда, влажность и геометрия установки Значительные изменения свойств среды могут потребовать повторной калибровки.

7.Сравнение технологий измерения на уровне:

— технология;	— тип измерения;	— тип среды;	— основные преимущества;	— основные ограничения;
— гидростатический метод;	— контактный метод;	— для жидкостей;	— простота, стабильность и пригодность для применения в глубоких водах;	— зависимость от плотности жидкости;
— ультразвуковой метод;	— бесконтактный метод;	— для жидкостей и других выбранных средТвёрдые вещества	Простая установка и отсутствие прямого контакта с технологическими процессами	Подвергается воздействию пены, паров, температуры и потока воздуха
Плавает на поверхности	Контактный тип эксплуатации	Твёрдые жидкости	Принцип прямого действия; не зависит от диэлектрической проницаемости.	Механическое движение может быть нарушено из-за отложений или высокой вязкости.
Радарный метод.	Неняточный метод.	Метод для жидкостей и твёрдых тел.	Подходит для более строгих технологических условий.	Требуется учитывать диэлектрическую проницаемость и нежелательные эхо-сигналы.
ВЧ-адмиттанс.	Контактный метод.	Жидкости, суспензии,Порошки и гранулы	; подходит для применения с множеством промышленных материалов; детектирование на уровне отдельных точек	; чувствительно к эффекту накопления заряда и электрическим свойствам среды
; ёмкостный тип	; контактный тип	; для жидкостей и твёрдых тел	; компактная и гибкая конструкция установки	; чувствителен к диэлектрической проницаемости и покрытию зонда

8. Как выбрать технологию измерения уровня:

— для водных резервуаров, водохранилищ и скважин;

— в зависимости от условий монтажа и технологических характеристик могут применяться гидростатические, ультразвуковые или радиолокационные методы измерения;

— для систем сточных и очищенных вод.

Необходимо учитывать пену, ил, коррозию и плавучие материалы. В более сложных условиях может применяться радарное обследование.

Промышленные резервуары для хранения

Для стандартных атмосферных резервуаров могут применяться ультразвуковые, радарные или гидростатические методы измерения, тогда как при процессах с повышенной температурой или повышенным давлением могут потребоваться радарные измерения, радары на основе направляющих волн или измерение разностного давления.

Силосы для твёрдых твёрдых тел

В зависимости от характера пыли, требуемого диапазона измерения и свойств измеряемого материала можно выбрать использование радиолокационного, ультразвукового, РЧ-проникающего или ёмкостного датчиков уровня.

— для малых сосудов и точечного определения уровня;

— в качестве альтернативы могут применяться плавящиеся выключатели, ёмкостные выключатели или РЧ-проникающие датчики уровня.

9. Необходимая информация для выбора уровня прибора:

— параметр выбора;	— информация для подтверждения;
— технологическая среда	Форма среды: жидкость, суспензия, порошок или гранулы; Тип измерения:
; Режим измерения: непрерывное или аварийное срабатывание на отдельных точках:	; Диапазон измерения:
; Минимальный и максимальный уровень:	; Характеристики среды:
; Плотность, диэлектрическая проницаемость, вязкость и коррозионная активность:	; Температура процесса:
	Нормальная и максимальная рабочая температура
; Рабочее давление	; Атмосферные, положительные или вакуумные условия
; Условия окружающей среды	; Пар, пена, пыль, конденсация и вибрация
; Способ монтажа	; Верхний монтаж, боковой монтаж, погружной монтаж или монтаж на фланце
; Выходной сигнал	4-20mA, RS485, реле или иные промышленные выходы
; Интеграция в систему	PLC, RTU,SCADA или платформа IoT

— frequently asked questions;

— вопрос 1: Какая технология измерения уровня подходит для стандартного определения уровня воды?

A1: Могут использоваться гидростатические, ультразвуковые и радарные приборы. Выбор конкретного типа зависит от диапазона измерений, условий монтажа и технологических условий.

Q2: В чём заключается основное различие между ультразвуковым и радарным измерением уровня?

A2: Ультразвуковые приборы используют звуковые волны, в то время как радарные — электромагнитные волны. Радарные приборы, как правило, менее чувствительны к изменениям температуры, давления и концентрации паров.

Q3: Под влиянием плотности жидкости лишается точности измерение гидростатического уровня?

A3: Да. Гидростатический уровень рассчитывается на основе давления жидкостной колонны, поэтому значительные изменения плотности могут влиять на значение рассчитанного уровня.

Q4: Могут ли радарные уровноразмеры измерять объёмные твёрдые вещества?

A4: Да. Радарные уровноразмеры широко применяются как для жидкостей, так и для объёмных твёрдых веществ в резервуарах и силосах.

Q5: Почему диэлектрическая проницаемость имеет важное значение при измерении уровня с помощью ёмкостных датчиков?

A5: Капакитивное измерение основано на изменениях ёмкости, вызванных рабочей средой процесса, поэтому диэлектрическая проницаемость напрямую влияет на результат измерения.

Q6: Какие технологии следует учитывать в случае наличия пены?

A6: Выбор метода измерения зависит от толщины пены и условий процесса. При большой толщине пены ультразвуковые эхо-сигналы могут ослабевать, поэтому в таких случаях целесообразно рассмотреть использование радиолокационного или контактного измерения.

Q7: Могут ли все приборы уровня подключаться к одному и тому же устройству?PLC?

A7: Это зависит от конфигурации выходных сигналов. Устройства с диапазоном 4–20 мА mA, RS485 Modbus или выходные сигналы релейных устройств, как правило, могут быть интегрированы с PLC s, RTU или системы сбора данных.

— заключение

Гидростатические, ультразвуковые, плавучие, радарные, РЧ-адибативные и ёмкостные приборы для измерения уровня используют различные принципы измерения и подходят для различных технологических условий. Гидростатический метод измерения подходит для жидкостей с относительно стабильной плотностью. Ультразвуковые измерения находят применение в ряде задач с жидкостями и отдельными видами твёрдых тел без физического контакта. Плавные приборы обеспечивают прямое механическое решение для обычных жидкостей; Радар подходит для эксплуатации в более сложных условиях — в танках и силосах; А также технологии с использованием ВЧ-проникновения или ёмкостных решений широко применяются для специализированных измерений контактов и детектирования на точечном уровне.

При правильном подборе следует учитывать тип рабочей среды, диапазон измерений, температуру, давление, наличие пены, пар, пыль, условия монтажа, тип выходного сигнала и требования к интеграции в систему. METRAVON Устройства для измерения уровня можно интегрировать с PLC s, RTU,SCADA системы и промышленные платформы IoT для резервуаров с жидкостями, систем очистки воды, промышленных процессов и применений с крупногабаритными твёрдыми материалами.