Устройство и работа датчика уровня

Устройство и работа датчика уровня

Устройство и принцип работы датчиков уровня

Какие преобразователи уровня самые точные? Какие из них можно использовать в агрессивных средах. Устройство, принцип действия различных датчиков уровня. В чем преимущества и недостатки каждого из них.
Вы также можете прочитать другие статьи. Например: «Датчики смещения (индукционные, оптические, емкостные и другие)» или «Типы анемометров».

Датчики уровня – это устройства, которые позволяют отслеживать количество жидкости или твердого вещества в зависимости от уровня его поверхности в резервуаре. Датчики уровня могут подавать дискретный сигнал (после достижения определенного уровня) или непрерывный (абсолютная высота текущего уровня) в зависимости от принципа действия, что влияет на их техническую сложность и цену. Кроме того, они доступны как контактные или бесконтактные датчики уровня, что также влияет на стоимость и применение.

По принципу действия датчики уровня могут быть:

    Емкостный Плавать Тип радара Ультразвуковой Гидростатический

Ниже кратко описаны основные типы.

Емкостной датчик уровня

В основе работы датчика этого типа лежит свойство конденсатора, заключающееся в изменении его емкости с изменением состава и распределения диэлектрического материала, разделяющего пластины конденсатора. Это свойство используется во многих емкостных детекторах, например, емкостных датчиках влажности.

Предположим, в жидкости помещен коаксиальный конденсатор (рис. 1), который может свободно проникать в пространство между пластинами. Если диэлектрическая проницаемость жидкости известна, можно вывести следующее уравнение:

C – Общая емкость конденсатора
С 0 – емкость части конденсатора, не содержащей жидкости
С л – Емкость секции конденсатора, содержащей жидкость
ε 0 – Диэлектрическая проницаемость газовой среды
ε л – Диэлектрическая проницаемость жидкой среды
ГРАММ. 0 – Геометрический коэффициент секции нежидкого конденсатора
ГРАММ. л – Геометрический коэффициент части конденсатора, содержащей жидкость

Если уровень жидкости изменится, значение общей емкости конденсатора также изменится. Если конденсатор включен в электрическую цепь, несложно отследить изменение емкости, по которой можно четко судить об изменении уровня жидкости.

Рис.1: Общая схема емкостного датчика уровня

Емкостные датчики не имеют движущихся частей, поэтому они достаточно надежны и долговечны. Их недостаток в том, что они очень сильно зависят от температуры (которая, однако, может быть компенсирована), а также должны быть погружены в жидкость.

Поплавковый датчик уровня

Датчики этого типа имеют довольно простую конструкцию. Существует несколько конфигураций, которые производят как дискретные, так и непрерывные выходные сигналы, последние можно разделить на две категории: механические и магнитострикционные. Магнитострикционные датчики также используют поплавок в качестве одного из компонентов, но в остальном отличаются от обычных механических датчиков поплавка.

Дискретные поплавковые датчики уровня

Реализация датчика дискретного сигнала обычно использует набор поплавков, расположенных на разных уровнях в резервуаре. Когда жидкость достигает уровня, на котором находится поплавок, сила Архимеда толкает ее вверх. Это активирует механическую или электромеханическую систему, и выходной сигнал генерируется, например, когда электрические контакты герконового реле замкнуты.

В альтернативной конфигурации есть руководство, содержащее набор реле. Поплавок с постоянным магнитом скользит по направляющей, которая следует за уровнем жидкости. Приближение поплавка к реле вызывает его активацию (рисунок 2).

Рисунок 2: Принципиальная схема поплавкового реле уровня с дискретным выходом

Дискретный выходной сигнал можно использовать для «пошагового» контроля уровня жидкости в резервуаре – датчик просто сообщает вам, достиг ли уровень жидкости определенной точки или нет. Датчик уровня с дискретным выходным сигналом также может использоваться как элемент автономного контроллера, например, при необходимо поддерживать постоянный уровень жидкости в резервуаре – для реализации этой схемы выходной сигнал может напрямую управлять силовым реле для открытия / закрытия впускного / выпускного клапана резервуара.

Читайте также:  Как сделать деревянную ванну своими руками фото и видео

Дискретные поплавковые датчики дешевы, просты и довольно надежны, но требуют погружения в жидкость и имеют подвижные механизмы.

Магнитострикционные поплавковые датчики

Постоянные поплавковые датчики обычно бывают магнитострикционного типа и имеют довольно сложную конструкцию (рис. 3). Основным конструктивным элементом остается поплавок, в данном случае он содержит постоянный магнит. Поплавок может свободно перемещаться по направляющей, внутри которой находится волновод из магнитострикционного материала. Электронный блок датчика через равные промежутки времени генерирует импульс тока, который проходит по волноводу. Когда импульс достигает области поплавка, магнитное поле поплавка и магнитное поле импульса взаимодействуют, создавая механические колебания, которые распространяются обратно по волноводу и обнаруживаются пьезоэлектрическим элементом. Расстояние до поплавка и, следовательно, уровень жидкости в резервуаре можно определить по времени задержки между отправкой импульса тока и получением механического импульса.

Рисунок 3: Общая схема магнитострикционного датчика уровня.

Магнитострикционные датчики очень точны, выдают непрерывный сигнал, а также могут использоваться с гибким волноводом, что расширяет область их применения. К недостаткам можно отнести их стоимость, техническую сложность и необходимость погружения в жидкости.

Радарный датчик уровня

Основным элементом этого датчика является радар, частота излучения которого изменяется по линейному закону. Предполагается, что жидкость отражает излучение локатора, поэтому, если разместить трансивер внутри резервуара согласно схеме (рис.4) и записать задержку отраженного сигнала относительно сигнала источника – мы можем определить жидкость уровень, основанный на значении задержки. Для определения задержки используется частотная модуляция линейного источника. Если частота исходного сигнала изменяется линейно (например, непрерывно увеличивается), отраженный сигнал, который смещен по времени от исходного сигнала, также будет иметь более низкую частоту. Основываясь на величине сдвига частоты, мы можем однозначно судить о временной задержке между двумя сигналами и, следовательно, о расстоянии до поверхности жидкости.

Дальнейшая обработка принятого сигнала происходит в цифровом тракте, и на этом этапе можно, например, нейтрализовать шумовые сигналы, генерируемые волнами на поверхности жидкости, или поглотить радиоизлучение.

Рис.4: Принцип действия радарного датчика уровня

Этот метод на сегодняшний день является наиболее технологичным и имеет следующие преимущества.

Нет движущихся частей Нет контакта с жидкостями Универсальность – возможность работать практически с любой средой в различных условиях. Высокая точность Возможность адаптации алгоритма обработки данных к конкретным приложениям

Главный недостаток радарных датчиков – их цена.

Ультразвуковой датчик уровня

Датчики этого типа используют схему, во многом аналогичную той, что используется в радарных датчиках. В резервуаре установлен ультразвуковой блок, состоящий из генератора и приемника ультразвуковых волн (как в ультразвуковых расходомерах и ультразвуковых дефектоскопах). Излучение УФ-генератора, проходя через газовую среду, отражается от поверхности жидкости и попадает на приемник. Определив временную задержку между излучением и приемом и зная скорость распространения ультразвука в данной газовой среде, можно рассчитать расстояние до поверхности жидкости, то есть определить ее уровень.

Читайте также:  Выравнивание пола по балкам своими руками - инструкция!

Ультразвуковые датчики уровня обладают практически всеми преимуществами датчиков радарного типа, но датчики UD, как правило, имеют более низкую точность, хотя они более просты внутри.

Гидростатический датчик уровня

В датчиках этого типа уровень жидкости в резервуаре определяется путем измерения гидростатического давления столба жидкости над чувствительным элементом (датчиком давления). Согласно уравнению (2) высота столба определенной жидкости пропорциональна давлению в данной точке:

P – давление в этой точке
ρ – плотность жидкости
g – ускорение свободного падения
h – высота столба жидкости над датчиком

Эти датчики компактны, относительно просты, недороги и способны передавать непрерывный сигнал, но не являются бесконтактными, что затрудняет их использование в агрессивных средах.

Если вам понравилась эта статья, нажмите одну из кнопок ниже

Гидроизоляционная мембрана для фундамент: виды и области применения

Особенности изоляции фундаментов полимерной мембраной

Эти мембраны производятся с использованием передовых технологий. Сырьем для производства пленки являются поливинилхлорид, пластификаторы, сажа и стабилизаторы, которые придают защитной мембране устойчивость к микроорганизмам, слабым солевым растворам, щелочам и кислотам в почве.

Мембраны из поливинилхлорида очень просты в установке и достаточно прочны. Срок их службы может составлять 50 лет и более. Свойства материала таковы, что позволяют готовому покрытию отлично защищать все заглубленные конструкции. Многие ПВХ-мембраны имеют сигнальный слой светло-желтого цвета. Поменяв его, вы сможете быстро обнаружить повреждения при монтаже участка гидроизоляции и своевременно принять меры по их устранению.
ПВХ-мембраны различаются по толщине, которая может составлять 0,4-2 мм. При глубине фундамента до 10 м применяют гидроизоляционные мембраны толщиной 1,5 мм. Если цоколь более глубокий, используются покрытия толщиной 2 мм.

Производители выпускают плоские и профилированные ПВХ-мембраны. Плоские мембраны используются для гидроизоляции и защиты от влаги. В зависимости от этого выбирается толщина покрытия и способ стыковки панелей. Некоторые типы плоских мембран имеют гофрированную внешнюю поверхность для лучшего сцепления изоляции со строительным раствором.

Профилированные мембраны – это листы, на поверхности которых имеются шипы. При укладке утеплителя эти выступы создают зазор между поверхностью фундамента и мембраной. Если вода попадает под изоляцию, этот зазор позволяет сливать ее в канализацию.

В зависимости от условий грунта применяется многослойный или однослойный профилированный утеплитель. По своему назначению они делятся на дренажные и защитные мембраны. Например, в случае дренажа вдоль стен фундамента укладывается подходящая для этих условий мембрана вместе с геотекстилем, который фактически является фильтром: он предотвращает проникновение частиц почвы и, следовательно, дренажного ила. Отверстия в геотекстиле имеют размер около 120 микрон.

Толщина профилированных мембран обычно составляет 0,5-1 мм, а высота их выступов – 8 мм. Ширина плит из такого утеплителя 1-2,5 м. Крепятся они непосредственно к поверхности стен фундамента.
Основное отличие гидроизоляции фундамента ПВХ мембраной от изделий из полимерно-битумного рулона в том, что нет необходимости постоянно приклеивать материал к основанию.

Еще одна особенность ПВХ-изоляции – возможность сделать систему ремонтопригодной, если между слоями бетона уложить ПВХ-мембрану. Идея такой системы – разделить слой утеплителя на специальные карты и установить инжекционную арматуру. В этом случае можно быстро определить место утечки и исправить неисправность в отдельной вкладке, вместо того, чтобы ремонтировать весь защитный контур фундамента. Ремонт осуществляется путем впрыскивания полиуретана, эпоксидной смолы или аналогичных составов через форсунки.

Читайте также:  Топ-20 лучших бизнес-идей для девочек в 2021 году

Достоинства и недостатки мембранной ПВХ-изоляции

ПВХ-мембрана производится методом экструзии и сварки с использованием нагретого воздуха. Благодаря этой технологии достигается высокая прочность материала на разрыв. У ПВХ-утеплителя есть и другие не менее важные преимущества.
К преимуществам можно отнести:

    Исключительная долговечность покрытия без потери гидроизоляционных свойств. В отличие от традиционных битумных материалов, он может прослужить более 50 лет. Язычки на фольге повышают ее устойчивость к проколам. Мембрана ПВХ не подвержена заражению микроорганизмами, гниению и коррозии, устойчива к повреждению корнями кустарников и деревьев. Материал устойчив к солнечным лучам, что облегчает его хранение. Диапазон рабочих температур готового поливинилхлоридного покрытия от -40 до +50 градусов. ПВХ-мембрана химически устойчива к воздействию солевых растворов, кислот и щелочей, присутствующих в почве. Благодаря специальным замкам, размещенным на мембранной ткани, ее сборка очень проста. С помощью механических креплений утеплитель можно укладывать как на вертикальные, так и на горизонтальные поверхности фундамента. Монтаж ПВХ-мембраны не требует скрупулезной подготовки основания. Водоотталкивающие свойства готового покрытия из поливинилхлорида практически нулевые.

К недостаткам можно отнести относительно высокую стоимость мембраны по сравнению с рубероидом или полиэтиленовой пленкой.

Характеристики:

Легкий вес; Устойчивость к химическим веществам, ультрафиолетовому излучению; Выполнение дренажа и дополнительного утепления; Высокая прочность, долговечность.

Функции профилированной мембраны:

1. Обеспечение гидроизоляции фундамента от:

    Проникновение корней дерева; проседание земли; Внешние воздействия при строительстве; дождевая вода.

Материал также служит заменителем бетона, снижает стоимость и трудоемкость работ, позволяет защитить фундаментную плиту от возможного попадания воды снизу.

2. Санация мокрых стен снаружи. В результате улучшается температурно-влажностный режим вертикальной стены, а вертикальная стена подвала изолируется от влажного основания.

3. Ремонт влажных стен, проведенный изнутри. Это позволяет создать в помещении оптимальный температурно-влажностный режим, а также изолировать подвал от влажной вертикальной стены и отвести накопившуюся влагу со стен во внутреннюю водосточную систему.

Плюсы и минусы использования

Основными преимуществами ПВХ-мембраны для фундамента являются:

    устойчивость к ультрафиолетовому излучению; срок службы, достигающий пятидесяти лет; способность противостоять агрессивной среде и грызунам; безопасность для людей в непосредственной близости, отсутствие процессов окисления;
    Гибкость при любой температуре благодаря использованию полимерных и минеральных компонентов; Коррозия не образуется; способность работать в кислой или щелочной среде.

Современная профилированная мембрана выгодна с финансовой точки зрения. Сборка материала проста, не требует использования специализированного оборудования.

Как видно из многочисленных отзывов, у гидроизоляционной мембраны есть один недостаток – высокая стоимость, которая в дальнейшем полностью окупится длительностью эксплуатации и простотой монтажа.

Виды гидроизоляционных мембран

В зависимости от технических характеристик выделяют следующие виды материалов:

Оцените статью
Добавить комментарий