Радарные уровнемеры для точного определения наполнения резервуаров

Радарные уровнемеры для точного определения наполнения резервуаров

Основным достоинством применения радарных уровнемеров БАРС для измерения уровня жидких продуктов является обеспечение высокой точности измерений (погрешность ±1 мм) в совокупности с простотой и удобством в использовании.

В радарных уровнемерах БАРС воплощены последние достижения микросхемотехники СВЧ и цифровой техники формирования и обработки сигналов. В алгоритмах измерения уровня заложены различные оригинальные программные и аппаратные фильтры.

Например, важной задачей при бесконтактном измерении уровня является обеспечение возможности работы радарных уровнемеров на продуктах с низкой диэлектрической проницаемостью (например, таких как нефть, светлые и темные нефтепродукты и т.п.). Такие продукты обладают свойством “прозрачности” для радиоволны. Особенно сильно это свойство проявляется, когда уровень продукта приближается к минимуму. В этот момент контролируемый продукт просто “пробивается” радиоволной и уровнемер “видит” дно, вместо реального уровня продукта.

Для решения этой задачи в радарных уровнемерах БАРС реализован алгоритм, который позволяет минимизировать эффект отраженного паразитного сигнала от дна емкости и тем самым обеспечивает стабильную работу уровнемера.

Благодаря уникальным запатентованным методикам и алгоритмам обработки сигнала, которые реализованы в наших радарных уровнемерах, приборы БАРС точно и стабильно измеряют текущий уровень, как проводящих сред, так и сред с низкой диэлектрической проницаемостью.

Радарные уровнемеры БАРС способны измерять текущий уровень практически любых продуктов в резервуарах и емкостях разных форм (горизонтальных, вертикальных, шаровых и т.д.) в регионах с самыми жесткими климатическими условиями – в Сибири, Урале, Башкортостане, Татарстане т.д.

Основные виды контролируемых продуктов уровнемерами БАРС:

Товарная нефть и нефтяной раствор из скважин;
Светлые и темные (мазут, битум и т.п.) нефтепродукты;
Авиационный керосин;
Растворители;
Спирты;
ЛВЖ;
Кислоты и щелочи;
Буровые растворы;
Химически очищенная вода;
Химические реагенты в цехах водоподготовки ТЭЦ, ГРЭС и АЭС;
Дренажные стоки нефтеперерабатывающих предприятий;
Пищевые жидкости и растительные масла.

Основные типы емкостей и резервуаров, на которых применяются уровнемеры БАРС:

резервуары вертикальные стальные (РВС), резервуары горизонтальные стальные (РГС), шаровые резервуары, газгольдеры, цилиндрические цистерны, прямоугольные емкости, резервуары с понтонами и плавающими крышами, железобетонные емкости и резервуары;
байпасы и обводные трубы резервуаров;
открытые емкости, шламохранилища, лотки Вентури.

Универсальность применения радарных уровнемеров БАРС в любых технологических процессах обеспечивается различными вариантами антенно-волноводных систем: одно – рупорная, двух – рупорная, одно – стержневая, двух – стержневая, направленный волновод.

Универсальность подключения радарных уровнемеров БАРС к тому или иному технологическому процессу обеспечивается изготовлением присоединительных фланцев уровнемеров как ответных по требованию заказчика.

Важным преимуществом радарных уровнемеров серии БАРС является способность стабильно и надежно работать в тяжелых условиях эксплуатации, обусловленных как физическими свойствами контролируемого продукта, так и определенными технологическими условиями его хранения в резервуаре (наличие высокой температуры, давления, присутствие испарений и конденсата и т.п.).

Часто в процессе производства какого-либо жидкого или пастообразного продукта используется принудительный подогрев или сам процесс проходит при повышенных температурах, в результате чего возникают испарения, конденсат и отложения продукта на антенно-волноводных системах уровнемеров и стенках емкости. Это обстоятельство в значительной степени усложняет процесс высокоточного измерения уровня продукта, а зачастую делает его невозможным (например, при использовании контактных датчиков уровня).

Благодаря специальным фильтрам, которые используются в радарных уровнемерах БАРС, влияние испарений, конденсата и отложений на точность измерений уровнемера практически сведено к минимуму.

Особого внимания в этом плане заслуживают уровнемеры БАРС (БАРС 352И, БАРС 322МИ) с двух – рупорной (или двух – стержневой) конструкцией антенно-волноводной системы (излучатель и приемник разнесены), благодаря чему отраженный от продукта полезный сигнал не “смешивается” с паразитными сигналами, получаемыми от налипаний и конденсата, чем обеспечивается требуемая погрешность измерения.

Также необходимо упомянуть, что уровнемеры с двух – рупорной (или двух – стержневой) конструкцией антенно-волноводной системы приспособлены для работы со слабоотражающими радиоволны продуктами (нефть, битум, мазут и т.д.). Дело в том, что интенсивность отраженной волны пропорциональна величине относительной диэлектрической проницаемости продукта. Наличие у прибора двух отдельных трактов – передающего и приемного (в отличие от одноантенного уровнемера) позволяет не только уверенно принимать более слабые отраженные сигналы, но и устойчиво работать при наличии испарений над продуктом (предприятие «Контакт-1» фактически является единственным производителем двухантенных радарных уровнемеров).

а) Одно – рупорная антенно – волноводная система. Паразитный сигнал влияет на точность измерения.

б) Двух – рупорная антенно – волноводная система. Даже при сильном конденсате влияние паразитного сигнала на точность измерения сведено к минимуму.

Возможность измерения радарными уровнемерами БАРС уровня жидкостей с неспокойной (кипящей, турбулентной) поверхностью с присутствием пены, достигается применением сложных алгоритмов обработки сигнала, реализованных в уровнемерах, а так же правильным подбором антенно-волноводной системы прибора в соответствии с конкретным технологическим циклом.

Именно правильный выбор антенно-волноводной системы уровнемера БАРС обеспечивает способность прибора выполнять задачи по измерению текущего уровня при высоких температурах (до +300 °С) контролируемого продукта и избыточном давлении.

Радарный уровнемер БАРС на высокую температуру
(при Нмонт. = 1000мм, температура измеряемой среды до +300°С)

Для контроля уровня агрессивных продуктов предъявляются жесткие требования к конструкции уровнемеров. Материалы и технические решения, используемые при создании радарных уровнемеров БАРС, позволяют применять их на подавляющем большинстве химических производств.

Применение уровнемеров БАРС на агрессивных средах, таких как растворители, спирты, щелочи, кислоты, сырая нефть и т.п., обусловлено выполнением антенно-волноводной системы из нержавеющей стали и фторопласта. Использование специальных уплотнителей, как в корпусе прибора, так и в антенно-волноводном тракте обеспечивает высокую стойкость уровнемера БАРС к агрессивным продуктам.

Радарные уровнемеры

Уровнемеры УЛМ – это бесконтактные радиоволновые радарные уровнемеры, предназначенные для измерения уровня наполнения резервуаров жидкими и сыпучими продуктами. Уровнемеры УЛМ имеют различные исполнения и модификации, позволяющие обеспечить оптимальное и максимально надежное измерение уровня в различных условиях.

Радарные уровнемеры. Прошлое, настоящее, будущее.

В настоящее время радарные уровнемеры все более успешно конкурируют с уровнемерами других типов.

1. Откуда и зачем появились радарные уровнемеры

Насущная необходимость в радарных уровнемерах появилась в 70 – 80-ых годах прошлого века, когда контактные методы измерения уровня (поплавковые, буйковые и т.д.) достигли своего предела по надежности, затратам на обслуживание, точности и поэтому начали сдерживать темпы автоматизации управления резервуарными парками.

Что явилось прототипом радарного уровнемера?

Прототипом радарного уровнемера явились радиовысотомеры (радиодальномеры), которые широко использовались в военной, главным образом, авиационной, промышленности. В этих приборах для оценки расстояний использовалось измерение запаздывания принятого радиосигнала относительно излученного. Однако использовать отработанные в военной промышленности технические решения для создания радарных уровнемеров долгое время не удавалось из-за низкой надежности вакуумных генерирующих СВЧ – устройств и их высокой стоимости. Дело в том, что для радиовыстомеров, использовавшихся в военной промышленности, не требовался длительный ресурс непрерывной работы, в то время как для радарных уровнемеров этот ресурс должен был измеряться годами. Прорыв на данном направлении произошел после того, как на рынке появились коммерчески доступные, надежные полупроводниковые СВЧ-генераторы на диодах Ганна, на ЛПД-диодах, на транзисторах.

Другим серьезным импульсом в развитии радарных уровнемеров послужило появление высокоточных синтезаторов частоты и сигнальных процессоров, которые позволили сравнительно простыми средствами реализовать обработку сигнала, гарантирующую требуемую высокую точность измерения.

2. Принцип действия радарных уровнемеров. Их разновидности.

Принцип действия всех известных радарных уровнемеров основан на измерении времени распространения радиоволны от антенны уровнемера до поверхности продукта, уровень которого измеряется, и обратно.

Наиболее простыми с точки зрения реализации на первый взгляд выглядит импульсный метод, заключающийся в измерении времени запаздывания принятого импульса относительно излученного. Однако при ближайшем рассмотрении очевидны технические трудности реализации этого метода.

Во-первых, излучаемый импульс должен быть достаточно коротким, чтобы закончиться раньше, чем в антенну поступит отраженный импульс, т.е. иметь длительность в единицы наносекунд и менее, что реализовать не так просто.

Во–вторых, излучаемый радиоимпульс должен иметь достаточно большую мощность, чтобы обеспечить требуемое отношение сигнал – шум в принятом сигнале, а это накладывает серьезные требования к излучающему элементу, особенно при больших диапазонах измерения уровня и низких отражательных способностях продукта.

В-третьих, задача высокоточного измерения наносекундных временных интервалов между излученным и принятым импульсом технически непроста в решении.

В силу перечисленных факторов импульсные методы не нашли широкого распространения при решении задач по высокоточному измерению уровня, и применяются лишь там, где не требуется высокая точность. Так же, в виду ограниченности применимых методов обработки импульсных сигналов, есть серьезные ограничения по измерению уровня продуктов со слабым отражениеми и быстроизменяющемся уровнем. Например, часто встречаются неустойчивые измерения при отгрузке или загрузке сыпучих материалов, что обычно “списывают” на влияние запыленности.

Наиболее перспективны радарные уровнемеры, использующие непрерывное модулированное по частоте радиоизлучение (FMCW). Принцип действия такого уровнемера заключается в следующем. Микроволновый генератор датчика уровня формирует радиосигнал, частота которого изменяется во времени по линейному закону – линейный частотно- модулированный сигнал. Этот сигнал излучается в направлении продукта, отражается от него, и часть сигнала через определенное время, зависящее от скорости света и расстояния, возвращается обратно в антенну. Излученный и отраженный сигналы смешиваются в датчике уровня, и в результате образуется сигнал, частота которого равна разности частот принятого и излученного сигналов F и , соответственно, расстоянию от антенны до измеряемого продукта. Дальнейшая обработка сигнала осуществляется микропроцессорной системой датчика уровня и заключается в точном определении частоты результирующего сигнала и пересчете ее значения в значение уровня наполнения резервуара.


Рис. 1. Принцип действия радарного уровнемера.

При выборе конкретной модели радарного уровнемера потребителю немаловажно понять от чего конкретно зависят потребительские свойства радарного уровнемера.

Для потребителя наиболее важными являются следующие параметры радарного уровнемера.

  1. Точность.
  2. Чувствительность.
  3. Быстродействие.
  4. Простота монтажа.
  5. Цена.

Как показано выше, все радарные уровнемеры состоят из следующих основных узлов:

  1. Антенна;
  2. Приемопередающий (СВЧ) блок;
  3. Сигнальный процессор;
  4. Контроллер коммуникации.

2.1. Антенна

Задачей антенны является формирование радиолуча. Радиолуч, если он распространяется в открытом, не ограничивающем его пространстве, представляет собой конус, вершина которого совпадает с основанием антенны. Ширина этого конуса (угол раскрыва) обратно пропорциональна апертуре (диаметру) антенны и обратно пропорциональна частоте излучения (это правило является фундаментальным и не зависит от типа антенны). Другими словами, требуемую ширину луча, гарантирующую свободное, не задевающее стенки резервуара распространение радиолуча можно обеспечить или увеличением частоты излучения или увеличением габаритов антенны. А при одной и той же ширине луча габариты антенны более высокочастотного радарного уровнемера будут во столько раз меньше, во сколько раз его частота выше, чем у радарного уровнемера с меньшей частотой излучения. Этот факт хорошо иллюстрируется рисунком 2, где в масштабе показаны уровнемер УЛМ-11, работающий на частоте более 90 ГГц и имеющий ширину луча 4°, антенна которого из-за малых габаритов не выходит за контуры корпуса, и гипотетический радарный уровнемер с такой же шириной луча, но работающий на частоте 10 ГГц.


Рис.2 Сравнение габаритных размеров.

Влияют ли параметры антенны на точность измерения? Да, влияют. Дело в том, что для обеспечения высокой точности измерения необходимо высокое отношение сигнал/шум на входе уровнемера (как правило, не менее 20 дб), а это отношение при одной и той же мощности излучения и коэффициенте шума приемника тем больше, чем уже радиолуч. Уменьшение же ширины луча, как было показано выше, может быть достигнуто или за счет увеличения габаритов антенны или за счет повышения частоты излучения.

Следует отметить еще один важный фактор влияния вида и размеров антенны на точность измерения, который не всегда учитывают при выборе уровнемера. Это влияние выпадения конденсата на поверхность антенны. Как бы не заверяли покупателей некоторые производители радарных уровнемеров, что выпадение конденсата на точность их уровнемера не влияет – это не так. Скорость распространения радиоволны через конденсат резко отличается от скорости распространения в открытом пространстве. Поэтому выпадение конденсата всегда ведет к дополнительной погрешности, величина которой может достигать нескольких миллиметров. Поэтому при выборе радарных уровнемеров, когда требуется высокая точность измерений, надо в первую обратить внимание на уровнемеры, у которых возможность выпадения конденсата на антенне меньше.

Из физики известно, что выпадению конденсата подвержены поверхности, температура которых ниже, чем температура среды. Поэтому, если температура антенны радарного уровнемера, установленного на крыше резервуара , будет ниже, чем температура паров продукта, то конденсат неизбежно выпадет на поверхность антенны и приведет к дополнительной погрешности. Избежать этого частично или полностью можно обогревая антенну. Однако если антенна имеет большие размеры, реализовать это с учетом требований взрывозащиты практически невозможно.

Радарные уровнемеры, работающие на высоких частотах излучения, позволяют из-за малых габаритов антенны расположить последнюю непосредственно в корпусе уровнемера и для подогрева антенны использовать тепло, выделяемое аппаратурой уровнемера, а также дополнительные нагревательные элементы, расположенные внутри взрывозащищенного корпуса.

Именно так устроены уровнемеры УЛМ, особенно УЛМ-11 и УЛМ-11А1, которые имеют дополнительный встроенный подогрев антенны. Поверхность их антенны всегда теплее паров и поэтому выпадение конденсата минимально.

Эксплуатация радарных уровнемеров для измерения уровня мазута в резервуарах с подогревом на различных электростанциях полностью подтвердило это преимущество высокочастотных радарных уровнемеров.

Если сравнивать вклад стоимости изготовления антенны в стоимость радарного уровнемера в целом для уровнемеров, работающих на разных частотах, то здесь необходимо отметить следующее. Для антенн рупорных, рупорно–линзовых, зеркальных стоимость с повышением частоты падает из-за уменьшения габаритов и, соответственно, материалоемкости.

Однако резкое снижение стоимости изготовления антенны может быть достигнуто при ее микрополосковом исполнении. В этом случае антенна представляет собой практически печатную плату выполенную на специальном материале, по специальной технологии. Так устроены уровнемеры УЛМ-31А1. Таким образом, кроме всего прочего, антенна оказывается полностью спрятана в корпусе уровнемера и не подвержена влиянию окружаюшей среды.

Читайте также:  Как установить сантехнику в частном доме своими руками: видео, установка раковины, ванны и унитаза

2.2. Приемопередающий (СВЧ) блок

Важнейшим узлом радарного уровнемера является приемопередающий (СВЧ) блок. Без преувеличения его можно назвать сердцем уровнемера. Именно этот узел определяет весь комплекс характеристик радарного уровнемера от точности до стоимости.

Рассмотрим как влияют на точность измерения отдельные параметры СВЧ – блока. Как было показано выше, на точность измерения влияет отношение сигнал/шум на входе уровнемера. На это отношение влияют мощность излучения и чувствительность (коэффициент шума) приемника. Очевидно, что повышать мощность излучения беспредельно нельзя из соображений техники безопасности, взрывобезопасности и надежности. Как правило, излучаемая мощность радарных уровнемеров не превышает десятых долей миливатт. Чувствительность приемника (коэффициент шума) определяется как правило шумовыми параметрами входных элементов и лежит в пределах 8 – 12 дб. Следующим важнейшим параметром приемопередающего блока является девиация частоты излучения (см. рис. 1) или другими словами диапазон изменения частоты излучения в процессе измерения. Из теории измерения расстояния FMCW методом известно, что чем выше девиация частоты, тем выше разрешающая способность и точность измерения расстояния (в нашем случае уровня). Однако стремление увеличить девиацию частоты наталкивается на техническую сложность обеспечения широкополосности приемопередающего блока. Причем эта сложность тем больше, чем больше отношение девиации к несущей частоте. Например, если для обеспечения требуемой точности измерения нужна девиация 2 ГГц, то обеспечить ее при несущей частоте 10 ГГц, где отношение девиации к несущей частоте составляет 0,2, значительно сложнее, чем при несущей частоте 100 ГГц, где это отношение составляет 0,02. Это подтверждается тем, что в уровнемерах УЛМ-11, работающих на несущей частоте более 90 ГГц, достигнута девиация частоты 4 ГГц, в то время как в приборах, работающих на частотах 6 – 24 ГГц она, как правило, не превышает 1 ГГц. Для достижения высокой точности измерения необходимо также обеспечить очень высокую линейность изменения частоты излучения в процессе измерения. Еще 10 лет назад это составляло серьезную проблему и требовало сложных и дорогостоящих технических средств (например, высокоточного термостатирования СВЧ – блока.) В последние годы в связи с появлением высокоточных синтезаторов частоты, управляемых процессором, решение этой проблемы не представляет большой сложности.

Из сказанного выше следует, что чем выше частота, на которой работает приемопередающий блок, тем выше потенциальные возможности уровнемера по точности и чувствительности. Однако следует отметить, что приемопередающий блок является сложнейшим радиоэлектронным устройством как с точки зрения изготовления, так и с точки зрения проектирования. Причем сложность разработки и производства таких блоков существенно возрастает с ростом частоты. Приемопередающие блоки, работающие на частотах 6 – 24 ГГц, выполняются, как правило, по микрополосковой технологии, причем чем выше частота, тем выше требования к технологии в связи с меньшими размерами микрополосковых элементов. Приемопередающие же блоки, работающие на частотах выше 30 ГГц, могуть быть выполнены по комбинированной микрополосково – волноводной технологии, что существенно сложнене и дороже микрополосковой технологии. Так же следует отметить, что с ростом частоты существенно растут затраты на измерительное оборудование, используемое при производстве, настройке и испытаниях.

Кроме того следует отметить, что специфика проектирования и освоения производства приемопередающих блоков, заключающаяся в приблизительности существующих методик расчета, большого числа итераций при разработке, приводит к значительным срокам от момента постановки задачи до момента начала серийного производства. Эти проблемы усугубляются с ростом частоты.

Резюмируя сказанное выше, можно сделать вывод, что, во-первых, приемопередающий блок это наиболее сложная и дорогостоящая часть радарного уровнемера, а во-вторых, освоение производства радарных уровнемеров требует значительных сроков и капитальных вложений. Сказанное подтверждается сравнительно небольшим количеством производителей радарных уровнемеров, присутствующих на мировом рынке.

Сигнал, с выхода СВЧ-блока должен пройти дальнейшую обработку для получения окончательных данных об уровне наполнения резервуара.

2.3. Сигнальный процессор

На вход сигнального процессора с выхода СВЧ–блока поступает сигнал, в котором содержится полезная составляющая, сформированная отражением от поверхности продукта, помехи, шум. Задачей сигнального процессора является за конечное время (десятки миллисекунд) выделить из сигнала полезную составляющую и с требуемой точностью измерить частоту этого сигнала, которая, как было показано выше, прямо пропорциональна расстоянию от антенны до поверхности продукта. Наиболее подходящим алгоритмом для решения этой задачи является дискретное преобразование Фурье (ДПФ). Алгоритм ДПФ требует высокой разрядности, высокого быстродействия и значительного объема памяти. В 90-х годах прошлого века существовавшие сигнальные процессоры в силу относительно невысоких параметров не позволяли оптимально решить проблему измерения. В настоящее время ситуация кардинально изменилась. Успехи таких производителей как Analog Devices, Texas Instruments и др., выпустивших на рынок высокопроизводительные сигнальные процессоры, привели к тому, что оптимальная обработка сигнала теперь требует сравнительно небольших усилий, а доля стоимости аппаратуры обработки сигнала в стоимости уровнемера упала до 5 – 8 %.

В следствие этого, различия в эффективности обработки сигнала у различных производителей радарных уровнемеров свелись к минимуму. В связи с этим роль высокочастотной части уровнемера (антенна и приемопередатчик) еще больше возрастает, так как становится более важным не то как ты обрабатываешь сигнал, а то какой сигнал ты обрабатываешь.

2.4. Контроллер коммуникации

Контроллер коммуникации является узлом, обеспечивающим связь радарного уровнемера с внешними объектами. В настоящее время производители радарных уровнемеров представляют потребителям широкую номенклатуру цифровых и аналоговых интерфейсов. Реализуются они с помощью стандартных аппаратных и программных средств. Доля стоимости аппаратуры, обеспечивающей коммуникацию радарного уровнемера, в общей стоимости, как правило, не превышает единиц процентов.

3. Как правильно выбрать радарный уровнемер

В настоящее время на рынке присутствует значительное количество моделей радарных уровнемеров с диапазоном измерения до 70 м, паспортной точностью от ±0,5 мм до ±10 мм и ценой от 0,8 до 10 тысяч долларов. Задача потребителя – подобрать модель, удовлетворяющую поставленным требованиям, и не переплатить при этом лишних денег. Первое, что необходимо сделать, это тщательно изучить рекламируемые технические характеристики. Дело в том, что методики нормирования метрологических характеристик у разных производителей несколько отличаются. Например, некоторые производители вместо точности указывают параметр «разрешающая способность», а это далеко не одно и то же. Иногда в основных технических характеристиках указана очень высокая точность измерения, а при более тщательном рассмотрении выясняется, что это относится к нормальным условиям эксплуатации, а при изменении температуры нормируется дополнительная погрешность, и т.п. Главное, как было показано выше, потребитель должен понять, что вся потенциальная точность и чувствительность заложены в высокочастотной части уровнемера, а именно в антенне и СВЧ – блоке. Грамотная обработка сигнала, а в большинстве выпускаемых уровнемеров она естественно выполнена грамотно, позволяет извлечь максимум информации с выхода СВЧ – блока, добавить же информации она принципиально не может. Информации же на выходе СВЧ – блока, как было показано выше, тем больше, чем выше используемая частота. Поэтому потребитель должен обращать внимание на то, на какой частоте работает уровнемер, и что бы ни было записано в рекламе относительно точности, должен понимать, что чем выше частота, тем точность более обоснована и гарантирована. Естественно, что при этом необходимо учитывать, что высокочастотные радарные уровнемеры потенциально более дорогие.

Другим важным моментом, на который необходимо обращать внимание потребителю, является то, что в технических характеристиках производители часто не указывают динамические характеристики (быстродействие) уровнемера. Поэтому, если необходима точная информация об уровне непосредственно в процессе его изменения, потребитель должен задать производителю вопросы, проясняющие этот момент.

Серьезное внимание нужно уделить возможному выпадению конденсата на элементах антенны уровнемера. Если в резервуаре присутствуют насыщенные пары, а температура антенны ниже температуры внутри резервуара, то конденсат обязательно выпадет. И необходимо прояснить вопрос, будет ли его влияние приемлемым.

Идеальный вариант – это перед окончательным выбором модели радарного уровнемера провести опытную эксплуатацию или изучить опыт эксплуатации данной модели другими потребителями на аналогичных объектах.

Датчики уровня жидкости

Жидкость – вещество, обладающее свойством течь и принимать форму сосуда, в котором оно находится.

Датчики уровня жидкостей необходимы для контроля уровня жидкостей в ёмкостях или трубопроводах. По функционалу датчики уровня делятся на уровнемеры и сигнализаторы.

Интерактивный подбор датчика уровня жидкости

Уровнемеры – это датчики, предназначенные для непрерывного измерения уровня жидкостей. Их работа базируется на определённых физических принципах, благодаря которым электронный блок уровнемера преобразует значение уровня жидкости в пропорциональный аналоговый сигнал или в цифровой код.

Сигнализаторы – это датчики, предназначенные для определения заданного положения уровня (заполнение/опустошение) жидкости в ёмкости или трубе. Такие датчики имеют дискретный (релейный или транзисторный) выходной сигнал. Как правило, срабатывание сигнализатора происходит при блокировании или освобождении чувствительного элемента жидкостью.

В зависимости от поставленных задач подбирается необходимый тип оборудования, уровнемеры или сигнализаторы. Однако зачастую используются оба типа устройств, например, для гарантированного предотвращения «сухого хода насоса», перелива жидкости через край ёмкости или для точного дозирования жидкостей, используемых в технологическом процессе.

Выбор подходящих датчиков зависит как от параметров технологического процесса (рабочая температура, давление и пр.), так и от физико-химических свойств самой жидкости (вязкость, электропроводность, агрессивность и пр.).

Чтобы получить оптимальное решение вашей задачи, заполните опросный лист,
и наши специалисты свяжутся с Вами, чтобы предложить готовый ответ.


Скачать опросный лист в PDF

Датчики уровня жидкостей делятся на два типа: контактные (весь датчик или его часть контактирует с измеряемой средой) и бесконтактные (измерение происходит без контакта с жидкой средой). Каждый из этих типов имеет достоинства и недостатки и находит своё применение в той или иной области.

Контактный тип датчиков как правило применяется в процессах, которые имеют факторы, затрудняющие работу оборудования.

К таким факторам можно отнести:

  • температуры свыше +90°С;
  • давление свыше 3 бар.

В том числе преимущественно контактные датчики используют для измерения уровня пенящихся жидкостей (молоко, пиво, соки, газ. вода и др.). Ввиду рассеяния сигнала и получения некорректных результатов при измерение бесконтактным методом, уровень жидкости в высоких узких резервуарах также рекомендовано контролировать при помощи контактных приборов.

Бесконтактные датчики уровня жидкостей применяются там, где необходимо избежать пагубного влияния физико-химических свойств измеряемой жидкости. На процесс измерения и работоспособность датчика могут влиять:

  • вязкие жидкости (сгущёнка, варенье, нефтепродукты, глицерин и др.);
  • агрессивные жидкости (щёлочи, кислоты).

Хотя именно бесконтактный тип датчиков рекомендован при контроле уровня агрессивных сред и тем не менее, контактные датчики, изготовленные из нержавеющих сталей и пластиков, также применяются совместно с агрессивными жидкостями.

Все датчики уровня жидкостей различаются не только по функционалу (уровнемеры/сигнализаторы), типу (контактные/бесконтактные), но и самое главное – по принципу действия.

УровнемерыСигнализаторы
КонтактныеЕмкостныеЕмкостные/Емкостно-частотные (RF)
ГидростатическиеГидростатические
БайпасныеОптические
МагнитострикционныеВибрационные
МагнитныеПоплавковые магнитные
Микроволновые рефлексныеПоплавковые кабельные
БуйковыеКондуктивные
БесконтактныеУльтразвуковыеУльтразвуковые
Микроволновые радарные
Радиоизотопные

Подробное описание каждого принципа действия, их преимущества и недостатки вы сможете найти на страницах нашего сайта, в этой статье остановимся на ключевых отличиях и применениях того или иного датчика уровня жидкостей.

Емкостные датчики уровня – это экономичное решение для контроля уровня там, где не возникает вспенивания и налипания среды на датчик, а также там, где не требуется высокая точность измерения уровня. Как правило применяется для измерения уровня жидкости в небольших резервуарах. Для пищевых продуктов и агрессивных сред рекомендованы модели с пластиковым покрытием измерительного зонда. Существенным недостатком является высокая погрешность при измерении жидкостей с низкой диэлектрической проницаемостью (ε=1,5…3,0), а также неспособность работать с диэлектрическими жидкостями.

Однако производителям удалось решить проблему обнаружения жидкостей с низкой диэлектрической проницаемостью и проблему определения границы раздела сред с близкими значениями диэлектрической константы. Емкостно-частотный сигнализатор в отличие от емкостного, благодаря RF-технологии и тонкой настройке способен детектировать слабопроводящие жидкости и одновременно не реагировать на пену.

Гидростатические уровнемеры и сигнализаторы имеют более высокую точность измерения по сравнению с емкостными и такую же невысокую стоимость. Поэтому являются оптимальным выбором по соотношению цена/качество. Вычисление значения уровня происходит благодаря измерению давления столба жидкости, поэтому гидростатические датчики применяются в открытых резервуарах или в закрытых, но в которых давление воздушной среды соответствует атмосферному, в противном случае уровнемер выдаст некорректные результаты. В том числе на определение уровня влияет плотность жидкости, для применения гидростатических уровнемеров необходимо быть уверенным, что её значение остаётся постоянным на протяжение всего времени измерения. Поэтому не рекомендуется использовать гидростатический метод определения уровня для жидкостей с переменной плотностью (радиохимическое производство, нефтепродукты при изменении температуры). Применяются для контроля уровня чистых и сточных вод, жидких пищевых продуктов или химических веществ, не реагируют на пену. Являются фактически безальтернативным решением для измерения уровня жидкости в скважинах.

Работа байпасных уровнемеров основана на принципе сообщающихся сосудов, что делает процесс измерения весьма наглядным и понятным. Такие уровнемеры применяются в небольших резервуарах, находящихся под давлением с температурой рабочей среды до +250 °С. Могут использоваться совместно с магнитострикционными уровнемерами, что позволит их интегрировать в АСУ. Байпасные уровнемеры не следует применять с вязкими жидкостями или жидкостями вязкость которых повышается при снижении температуры, так как температура жидкости в байпасной камере из-за тепловых перемычек в соединительной арматуре ниже чем в сообщающимся с ним сосуде.

Магнитострикционные и магнитные уровнемеры относятся к типу поплавковых, это значит, что поплавок «лежит» на поверхности жидкости и измерение уровня происходит относительно положения этого поплавка. Такие уровнемеры отличаются большей точностью, особенно магнитострикционные. Их целесообразно применять при коммерческом учёте светлых нефтепродуктов, химических веществ и других дорогостоящих жидкостей. Поплавковые уровнемеры подходят для измерения уровня пенящихся жидкостей, однако не применим с вязкими жидкостями.

Читайте также:  Какие бывают шуруповерты?

Микроволновые рефлексные уровнемеры конструктивно состоят из электронного блока и волновода. Длина волновода должна соответствовать высоте резервуара, что ограничивает применение датчиков в высоких резервуарах. С такой бедой сталкиваются все датчики с аналогичной конструкцией (емкостные, магнитные, магнитострикционные). Однако принцип действия и конструкция рефлексного датчика делает его высокоточным и пригодным для использования в тяжёлых условиях (высокая температура и давление), а также с пенящимися и налипающими жидкостями. Этот вид уровнемеров можно назвать наиболее универсальным, подходящими для применения фактически с любыми жидкостями, не зависимо от давления воздушной среды над поверхностью жидкости или диэлектрической проницаемости среды.

Буйковые уровнемеры – это датчики для тяжёлых условий, в которых ко всему прочему требуется высокая точность измерений. Принцип работы буйковых уровнемеров схож с работой поплавковых датчиков и основан на использовании закона Архимеда. Некоторые модели способны обеспечивать непревзойдённые результаты измерения при температурах от -196 °С до + 500 °С и давление рабочей среды до 414 атмосфер. От сюда складывается высокая стоимость. Как правило используются на нефтехранилищах и в химической промышленности.

Микроволновый радарный уровнемер – это универсальное устройство непрерывного измерения уровня жидкостей. Обладает всеми преимуществами бесконтактного метода измерения и отличается крайне высокой точностью. Применим со всеми жидкими средами, исключением в некоторых случаях может стать пена. Помехой для импульс-радарного уровнемера может стать газовая подушка над поверхностью жидкости, в таком случае следует применять FMCW-радарные уровнемеры. Наилучшее применение таких датчиков – это резервуары с медленным изменением уровня жидкости, где важна высокая точность измерения. Недостатком может стать их высокая стоимость.

Ультразвуковые датчики уровня ещё один бесконтактный тип датчиков. По большому счёту, именно ультразвуковые датчики наиболее часто применяются для бесконтактного контроля уровня жидкостей. Ведь далеко не всегда важна очень высокая точность измерения как у радарных датчиков, а стоимость таких устройств в несколько раз ниже. Ограничение на применение накладывают пенящиеся жидкости и ёмкости в которых образуется газовая подушка (емкости с азотной кислотой), собственно, как и в случае с импульс-радарными уровнемерами.

Оптические сигнализаторы уровня жидкостей – это миниатюрные датчики, предназначенные для контроля уровня в небольших ёмкостях и резервуарах, находящихся под вибрацией.

Вибрационные сигнализаторы или как их ещё называют «вибровилки» врезаются в ёмкость на требуемых уровнях. Чувствительный элемент постоянно вибрирует, что позволяет использовать датчик с вязкими и пенящимися жидкостями, не боясь ложных срабатываний. Такие датчики имеют среднюю точность и стоимость, относительно других сигнализаторов.

Поплавковые сигнализаторы наиболее простые и экономичные устройства контроля уровня жидкости и сточных вод, а также слабоагрессивных жидких сред. Поплавковые сигнализаторы делятся на два типа – это поплавковые кабельные и поплавковые магнитные сигнализаторы. Отличие заключается в том, что кабельные имеют определённую длину кабеля и погружаются в жидкость через верх резервуара, а магнитные врезаются в боковую стенку ёмкости на требуемом уровне. Для агрессивных сред поплавок и кабель изготавливаются из различных пластиков. Как правило их применяют для включения/отключения насосов. Отличаются низкой ценой и невысокой точностью.

Разновидности датчиков уровня жидкостей

Магнито-
стрикционный
уровнемер
Гидроста-
тический
уровнемер
Поплавковый
магнитный
уровнемер
Магнитный
поплавковый
сигнализатор
Байпасный
индикатор
уровня
Кабельный
поплавковый
выключатель
Ультра-
звуковой
уровнемер
Емкостной
уровнемер
Радарный
уровнемер
Микровол.
рефлекс.
уровнемер
Вибрационый
сигнализатор
уровня
Емкостной
сигнализатор
уровня
Поплавковый
магнитный
сигнализатор
Лопастной датчик потока
Мини поплавковый
сигнализатор уровня
Темпера-
турный
датчик потока

Информация по датчикам уровня жидкости, изложенная в данной статье, не является полной, а носит лишь ознакомительный характер. Рекомендуем прочитать дополнительные статьи на нашем сайте, а также подписаться на информационную рассылку от компании «РусАвтоматизация». Самое интересное ещё впереди!

Чтобы грамотно подборать датчик уровня жидкости и купить конкретно под вашу задачу, обратитесь к инженерам компании «РусАвтоматизация». Они сэкономят ваше время и помогут избежать ошибок.

Выбираем датчик уровня воды в резервуаре и емкости

Для автоматизации многих производственных процессов необходимо контролировать уровень воды в резервуаре, измерение проводится при помощи специального датчика, подающего сигнал, когда технологическая среда достигнет определенного уровня. Без уровнемеров невозможно обойтись и в быту, яркий пример этому – запорная арматура бачка унитаза или автоматика для отключения насоса скважины. Давайте рассмотрим различные виды датчиков уровня, их конструкцию и принцип работы. Эта информация будет полезной при выборе устройства под определенную задачу или изготовлении датчика своими руками.

Различные виды датчиков уровня

Конструкция и принцип действия

Конструктивное исполнение измерительных устройств данного типа определяется следующими параметрами:

  • Функциональностью, в зависимости от этого устройства принято делить на сигнализаторы и уровнемеры. Первые отслеживают конкретную точку заполнения резервуара (минимальную или максимальную), вторые осуществляют беспрерывный мониторинг уровня.
  • Принципом действия, в его основу может быть положены: гидростатика, электропроводность, магнетизм, оптика, акустика и т.д. Собственно, это основной параметр, определяющий сферу применения.
  • Методом измерения (контактный или бесконтактный).

Помимо этого, особенности конструкции определяет характер технологической среды. Одно дело — измерять высоту питьевой воды в баке, другое — проверять наполнение резервуаров для промышленных стоков. В последнем случае необходима соответствующая защита.

Виды датчиков уровня

В зависимости от принципа действия, сигнализаторы принято делить на следующие виды:

  • поплавочного типа;
  • использующие ультразвуковые волны;
  • устройства с емкостным принципом определения уровня;
  • электродные;
  • радарного типа;
  • работающие по гидростатическому принципу.

Поскольку эти типы наиболее распространены, рассмотрим каждый из них в отдельности.

Поплавковый

Это наиболее простой, но, тем не менее, действенный и надежный способ измерения жидкости в баке или другой емкости. С примером реализации можно ознакомиться на рисунке 2.

Рис. 2. Поплавковый датчик для управления насосом

Конструкция состоит из поплавка с магнитом и двух герконов, установленных в контрольных точках. Кратко опишем принцип действия:

  • Емкость опустошается до критического минимума (А на рис. 2), при этом поплавок опускается до уровня, где расположен геркон 2, он включает реле, подающее питание на насос, закачивающий воду из скважины.
  • Вода доходит до максимальной отметки, поплавок поднимается до места расположения геркона 1, он срабатывает и реле отключается, соответственно, двигатель насоса прекращает работать.

Такой герконовый сигнализатор сделать самостоятельно довольно просто, а его настройка сводится к установке уровней включения-выключения.

Заметим, что если правильно выбрать материал для поплавка, датчик уровня воды будет работать, даже при наличии слоя пены в резервуаре.

Ультразвуковой

Этот тип измерителей может использоваться как для жидкой, так и сухой среды, при этом у него может быть аналоговый или дискретный выход. То есть, датчик может ограничивать заполнение по достижению определенной точки или отслеживать его постоянно. Устройство включает в себя ультразвуковой излучатель, приемник и контроллер обработки сигнала. Принцип работы сигнализатора продемонстрирован на рисунке 3.

Рис. 3. Принцип работы ультразвукового датчика уровня

Работает система следующим образом:

  • излучается ультразвуковой импульс;
  • принимается отраженный сигнал;
  • анализируется длительность затухания сигнала. Если бак полный, она будет короткой (А рис. 3), а по мере опустошения начнет увеличиваться (В рис. 3).

Ультразвуковой сигнализатор бесконтактный и беспроводной, поэтому он может использоваться даже в агрессивных и взрывоопасных средах. После первичной настройки, такой датчик не требует никакого специализированного обслуживания, а отсутствие подвижных частей существенно продлевает срок эксплуатации.

Электродный

Электродные (кондуктометрические) сигнализаторы позволяют контролировать один или несколько уровней электропроводящей среды (то есть, для измерения наполнения бака дистиллированной водой они не подходят). Пример использования устройства приведен на рисунке 4.

Рисунок 4. Измерение уровня жидкости кондуктометрическими датчиками

В приведенном примере задействован трехуровневый сигнализатор, в котором два электрода контролируют заполнение емкости, а третий является аварийным, для включения режима интенсивной откачки.

Емкостной

При помощи этих сигнализаторов можно определять максимальное заполнение емкости, причем, в качестве технологической среды могут выступать как жидкость, так и сыпучие вещества смешанного состава (см. рис. 5).

Рис. 5. Емкостной датчик уровня

Принцип работы сигнализатора такой же, как у конденсатора: проводится измерение емкости между пластинами чувствительного элемента. Когда она достигнет порогового значения, подается сигнал на контроллер. В некоторых случаях задействовано исполнение «сухой контакт», то есть уровнемер работает через стенку бака в изоляции от технологической среды.

Данные устройства могут функционировать в широком температурном диапазоне, на них не влияют электромагнитные поля, а срабатывание возможно на большом расстоянии. Такие характеристики существенно расширяют сферу применения вплоть до тяжелых условий эксплуатации.

Радарный

Этот вид сигнализаторов можно действительно назвать универсальным, поскольку он может работать с любой технологической средой, включая агрессивную и взрывоопасную, причем, давление и температура не будут влиять на показания. Пример работы устройства приведен на рисунке ниже.

Измерение уровня радарным датчиком

Устройство излучает радиоволны в узком диапазоне (несколько гигагерц), приемник ловит отраженный сигнал и по времени его задержки определяет наполняемость емкости. На измеряющий датчик не влияет давление, температура или характер технологической среды. Запыленность также не отражается на показаниях, чего не скажешь о лазерных сигнализаторах. Также необходимо отметить высокую точность приборов данного типа, их погрешность составляет не более одного миллиметра.

Гидростатический

Эти сигнализаторы могут измерять как предельное, так и текущее заполнение резервуаров. Их принцип действия продемонстрирован на рисунке 7.

Рисунок 7. Измерение заполнения гиростатическим датчиком

Устройство построено по принципу измерения уровня давления, произведенного столбом жидкости. Приемлемая точность и небольшая стоимость сделали данный вид довольно популярным.

В рамках статьи мы не можем осмотреть все типы сигнализаторов, например, ротационно-флажковых, для определения сыпучих веществ (идет сигнал, когда лепесток вентилятора застрянет в сыпучей среде, предварительно вырыв приямок). Так же нет смысла рассматривать принцип действия радиоизотопных измерителей, тем более рекомендовать их для проверки уровня питьевой воды.

Как выбрать?

Выбор датчика уровня воды в резервуаре зависит от многих факторов, основные из них:

  • Состав жидкости. В зависимости от содержания в воде посторонних примесей может меняться плотность и электропроводность раствора, что с большой вероятностью отразится на показаниях.
  • Объем резервуара и материал, из которого он изготовлен.
  • Функциональное назначение емкости для накопления жидкости.
  • Необходимость контролировать минимальный и максимальный уровень, или требуется мониторинг текущего состояния.
  • Допустимость интеграции в систему автоматизированного управления.
  • Коммутационные возможности устройства.

Это далеко не полный список для выбора измерительных приборов данного типа. Естественно, что для бытового назначения можно существенно сократить критерии отбора, ограничив их объемом резервуара, типом срабатывания и схемой управления. Существенное сокращение требований делает возможным самостоятельное изготовление подобного устройства.

Делаем датчик уровня воды в резервуаре своими руками

Допустим, есть задача автоматизировать работу погружного насоса для водоснабжения дачи. Как правило, вода поступает в накопительную емкость, следовательно, нам необходимо сделать так, чтобы насос автоматически выключался при ее заполнении. Совсем не обязательно для этой цели покупать лазерный или радиолокационный сигнализатор уровня, собственно, никакой приобретать не нужно. Несложная задача требует простого решения, оно показано на рисунке 8.

Схема управления водозабоным насосом

Для решения задачи понадобится магнитный пускатель с катушкой на 220 вольт и два геркона: минимального уровня — на замыкание, максимального — на размыкание. Схема подключения насоса проста и, что немаловажно, безопасна. Принцип работы был описан выше, но повторим его:

  • По мере набора воды поплавок с магнитом постепенно поднимается, пока не дойдет до геркона максимального уровня.
  • Магнитное поле размыкает геркон, отключая катушку пускателя, что приводит к обесточиванию двигателя.
  • По мере расхода воды, поплавок опускается, пока не достигнет минимальной отметки напротив нижнего геркона, его контакты замыкаются, и поступает напряжение на катушку пускателя, подающего напряжение на насос. Такой датчик уровня воды в резервуаре может работать десятилетиями, в отличие от электронной системы управления.

Радарные, радиолокационные или микроволновые уровнемеры.

Почему у нашей статьи такое название? Да потому, что речь в нашей статье пойдет о классе уровнемеров, появившихся сравнительно недавно, и имеющих сразу три названия. Т.е. в данном случае, радиолокационные, радарные и микроволновые уровнемеры – это, можно так сказать, синонимы.

Сперва, поговорим, вообще, о технологии работы радаров и уровнемеров в частности.

Ученые-изобретатели всего мира задавались вопросом о возможности и необходимости применения радиоволн для обнаружения объектов на расстоянии ещё в 19 веке. Так, в 1886 году физик Генрих Герц (Германия) заметил, что радиоволны обладают способностью отражаться от металлических и диэлектрических предметов. Это дало предпосылки для того, чтобы многие ученые умы обратили свое внимание на природу радиоволн, и приступили к их изучению. В 1897 году русский ученый Попов установил, что, радиоволны отлично отражаются от металлической обшивки и деталей кораблей, и при должном уровне принимающего устройства, эта технология может быть использована для навигации кораблей. Но, главный прорыв в деле радиоволн и их практического применения был совершен Кристианом Хюльсмайером (Christian Huelsmeyer) – изобретателем из Нижней Саксонии. Чем же так знаменит обычный паренек, родившийся в Германии в 1881 году? Кристиан Хюльсмайер – изобретатель радара. Ещё когда он был школьником, он проводил эксперименты с прибором модели Герца и обратил внимание, что металлические зеркала способны отражать электрические волны. На основании своих заметок, он сделал вывод о том, что используя эти волны, можно находить корабли в тумане (ведь в Северном море, с которым граничит Нижняя Саксония, туманы – не редкость) и любые другие металлические объекты. В возрасте 25 лет (в 1904 году) им был получен патент на прибор, в котором был использован эффект отражения радиоволн для обнаружения морских и речных судов. И хотя, из-за несовершенства конструктивного исполнения прибор Хюльсмайера практического применения не нашел, сама идея применения радиоволн, дала толчок к развитию радиолокационных технологий. Лишь тридцать с лишним лет спустя, была создана реальная аппаратура, которая могла быть использована на практике.

Читайте также:  Устройство мобильного кондиционера: функции и недостатки передвижного кондиционера

Всё шло своим чередом, и вот на рубеже 70-х – 80-х годов 20 века, появилась реальная потребность в бесконтактных уровнемерах. Всё дело в том, что контактные способы измерения уровня (с использованием буйковых и поплавковых уровнемеров) достигли своего максимума в точности, надежности, снижении затрат на обслуживание, и поэтому, стали сдерживать темпы автоматизации в сфере управления резервуарными парками. Впервые радарную технологию для контроля уровня применила в 1976 году компания SAAB (SAAB Rosemont Tank Control) для сырой нефти, в процессе перевозки супертанкерами.

Рисунок 1. Уровнемер Saab TankRadar в настоящее время.

До этого нововведения, для целей контроля уровня использовались измерительные системы, главным недостатком которых являлась зависимость точности показаний от давления, температуры, плотности среды. Радарные уровнемеры были лишены этих недостатков, что и обусловило их быстрое распространение во всех отраслях промышленности.

В качестве прототипа радарного уровнемера выступил радиодальномер (радиовысотомер), некоторые разновидности которого использовались в военной промышленности и авиации. В этих устройствах использовалась технология измерения запаздывания принимаемого радиосигнала относительно излучаемого. Однако, использовать отработанную военную технологию для создания радарных уровнемеров не получалось из-за малой надежности использовавшихся там генерирующих СВЧ-устройств вакуумного типа, а так же их высокой стоимости. Суть в том, что для уровнемеров необходим ресурс непрерывной работы длиною хотя-бы в несколько лет, тогда как в военных радиовысотомерах, такой ресурс не требовался. Изменения наступили с выходом на рынок доступных по цене, надежных СВЧ-генераторов полупроводникового типа, а также высокоточных сигнализаторов – это позволило сделать уровнемеры более простыми, надежными, точными и, главное, относительно недорогими. Принцип действия радиолокационного микроволнового уровнемера представлен на рисунке 2.

Рисунок 2. Принцип действия радиолокационного уровнемера.

Итак, в настоящее время, микроволновые радарные уровнемеры – это, пожалуй, самые технологически сложные средства для измерения уровня. Для определения расстояния до объекта контроля, здесь применяется электромагнитное излучение сверхвысокой частоты (СВЧ). Принцип действия любого радиолокационного уровнемера сводится к измерению времени распространения радиоволны от антенны (излучателя) уровнемера до поверхности контролируемого продукта и обратно на приемное устройство.

Вообще, существует два типа микроволновых уровнемеров:

– Уровнемер использующий радиоизлучение, непрерывное модулированное по частоте (так называемый FMCW – frequency modulated continuous wave).

Импульсные радарные уровнемеры излучают сигнал в импульсном (кратковременное излучение через равный промежуток времени) режиме. Прием отраженного сигнала, в этом случае, осуществляется в промежутках между испускаемыми импульсами. Импульсный радиолокационный уровнемер измеряет время прохождения сигнала туд-обратно, и таким образом определяет расстояние до поверхности контролируемой среды. Это наиболее простой и экономный, в плане электропитания, уровнемер. Однако, в виду того, что такие уровнемеры имеют недостатки, связанные со сложностью их изготовления, они не нашли широкого применения для точных измерений уровня. Ведь достигнуть малой длительности излучаемого импульса (импульс должен быть наносекундным, чтобы закончиться раньше, чем вернется отраженный импульс), а после измерить этот сверхкороткий импульс достаточно сложно, даже при современном развитии науки и техники. При слабой отражающей способности измеряемой среды, импульс может попросту «потеряться», поэтому передатчик импульсного уровнемера должен быть достаточно мощным. В основном, это уровнемеры иностранного производства.

Уровнемеры FMCW излучают постоянный непрерывный линейно частотно модулированный сигнал, и, в то же время, принимают отраженный сигнал, используя одну и ту же антенну. При этом, частота радиосигнала постоянно изменяется во времени по линейному закону (отсюда и название – линейный частотно модулированный). Время возвращения сигнала, отраженного от поверхности среды ил продукта зависит от скорости света и расстояния до продукта. Излучаемый и отраженный сигнал «смешиваются» в датчике уровня, в результате, получается сигнал, частота которого равняется разности частот излученного и принятого сигналов (на рисунке 2 обозначено как «F»). По этому «смешанному» сигналу и определяется расстояние от антенны до измеряемой среды. Обработка такого сигнала осуществляется благодаря микропроцессорной системе, где частота результирующего сигнала пересчитывается в уровень наполнения какой-либо ёмкости. В качестве примера приведем уровнемеры семейства БАРС: «БАРС-314И», «БАРС-351И», «БАРС-332МИ» и «БАРС-322МИ».

Как правило, рабочая частота радарных СВЧ уровнемеров, вне зависимости от типа, варьируется от 5,8 до 26 ГГц. Здесь есть одна закономерность: чем выше рабочая частота, тем выше энергия излучения и тем более узок луч и, как следствие, тем сильнее отраженный сигнал. Именно поэтому, большинство высокочастотных уровнемеров способны измерять уровень наполнения емкости для сред с низкой диэлектрической проницаемостью и слабой отражательной способностью. Радарные уровнемеры удобны для работы в емкостях, в которых установлено различное оборудование, «съедающее» рабочее пространство для эксплуатации уровнемера.

Однако, стоит упомянуть, что высокочастотные радарные уровнемеры достаточно чувствительны к таким факторам, как испарения, конденсат, запыленность, волнение на поверхности измеряемой среды, налипание среды на поверхности приемно-излучательной антенны. Для таких условий, больше подойдут уровнемеры с частотой от 5,8 до 10 ГГц, а также устройства с подогревом антенны, или антенной, спрятанной внутрь корпуса.

Кстати, насчет антенн – они оказывают огромное влияние на формирование и мощность сигнала. Тип и размер антенны, определяют, насколько точными будут показания уровнемера. Ведь чем больше размер антенны, тем более сильный и узконаправленный сигнал она способна излучить, и в то же время принять отраженный сигнал. Различают следующиетипы и размеры антенн:

Рупорная или коническая антенна – это наиболее универсальный тип антенн (рисунок 3). Как правило, рупорные антенны используют для больших емкостей. Конические антенны могут работать с широким спектром сред по диэлектрической проницаемости и отражающей способности. Они подходят для применения в самых сложных условиях, и обеспечивают диапазон измерения от 0 до 40 метров в условиях спокойной поверхности. Примером такого уровнемера может являться «УР-203 Ex», «РДУ-1» и «ГАММА-РДУ», и защищенный «РДУ-Х2».

Рисунок 3. Радарный уровнемер с рупорной или конической антенной.

Стержневая антенна – как правило, используется для небольших емкостей для измерения уровня химически агрессивных сред или гигиенических продуктов, а также в случае, если доступ в емкость ограничен малыми размерами патрубка (Рисунок 4). Диапазон измерения у стержневых антенн составляет от 0 до 20 метров. Стержневая антенна для агрессивных сред, как правило, покрывается слоем защитной изоляции.

Рисунок 4. Радарный уровнемер со стержневой антенной.

Тросовая антенна – по сути, является разновидностью стержневой удлиненной погружной антенны. Здесь, металлический трос выступает в качестве антенны (рисунок 5). Эти антенны идеальны для измерения уровня сыпучих и жидких сред. На точность показаний не оказывает никакого влияния сильное пылеобразование, пенообразование, шум, конденсат, вскипание. Благодаря погружной конструкции, – тросовые антенны прекрасно подходят для крупных емкостей неправильных форм: шарообразных, имеющих коническое днище и др. Диапазон измерения у тросовых антенн составляет от 0 до 75 метров.

Рисунок 5. Радарный уровнемер с тросовой антенной.

Трубчатая или коаксиальная антенна – технически, представляет собой надстроенный удлиненный волновод. Такая антенна позволяет формировать сильный сигнал благодаря снижению рассеивания. Коаксиальная антенна используется, как правило, в сложных случаях: сильное волнения поверхности среды, большой слой пены на поверхности, либо для сред с очень низким уровнем диэлектрической проницаемости. Уровнемер с такой антенной имеет небольшой диапазон измерения уровня.

Рисунок 6. Радарный уровнемер с трубчатой (коаксиальной) антенной.

Параболическая антенна – приборы с такой антенной являются, пожалуй, самыми точными приборами. Они могут обеспечить точность до 1 мм. Они применяются в системах для коммерческого учета.

Рисунок 7. Радарный уровнемер с параболической антенной

Планарная или микрополосковая антенна – сложно говорить о точности этих приборов, поскольку здесь всё зависит от производителя и размера печатной платы. И хотя, за этими приборами будущее, но на данном этапе, большой точностью, за исключением некоторых приборов, они не располагают. Таким высокоточным исключением является, например, «УЛМ-11», «УЛМ-11А1», «УЛМ-11А2» и «УЛМ-31А2».

Рисунок 8. Радарный уровнемер с планарной (микрополосковой) антенной.

Итак, радарные уровнемеры, на данный момент, отвечают самым высоким требованиям: точность, надежность, диаметр измерения, простота установки и эксплуатации. Однако, помимо достоинств, у радиолокационных уровнемеров есть и недостатки: высокая цена, которая складывается из стоимости приемопередающего блока и самой антенны.

Кстати, особняком стоят микроволновые радарные сигнализаторы уровня, которые предназначаются для оповещения о достижении определенного уровня средой и подачи сигнала на пульт управления или на запорные клапаны или другую аппаратуру. Такими сигнализаторами являются: «РСУ-1» и «РСУ-3», для тяжелых сыпучих продуктов «РСУ-1Р-2» и «РСУ-1Р-2А», «РСУ-1Р» и «РСУ-1РА» для сыпучих материалов температурой до +200oC, для неабразивных сыпучих материалов «РСУ-2» и «РСУ-2А», «РСУ-4» для сыпучих продуктов и «РСУ-500» для контроля нагретых до +1500 градусов Цельсия сыпучих продуктов.

Рисунок 9. РСУ-4 сигнализатор уровня микроволновый радиолокационный.

Радарные уровнемеры являются самыми универсальными средствами измерения. Приборы этого типа прекрасно подойдут и для больших емкостей и для малых, с кривизной и без, для неоднородных сыпучих продуктов, и жидких сред, для химически активных веществ и для пищевых продуктов, для сред под давлением и температурой. В линейке микроволновых радарных уровнемеров, можно найти приборы на любой вкус и кошелек.

Уровнемеры

СЖУ-1-А

СЖУ-1-А – эхолокационный, бесконтактный уровнемер. Возможно исполнение с дисплеем.

СЖУ-1-АИ

СЖУ-1-АИ – прибор контроля уровня жидкости со стержневым чувствительным элементом в перфорированной защитной трубке. Возможна…

СЖУ-1-ВУ-2

СЖУ-1-ВУ-2 – прибор контроля уровня рефлекс-радарный ультразвуковой, предназначенный для измерения уровня жидкости.

СЖУ-1-ВУ

СЖУ-1-ВУ – эхолокационный, бесконтактный уровнемер с волноводной трубой.

СЖУ-1-МВ-ТР

СЖУ-1-МВ-ТР – микроволновый уровнемер с тросовым чувствительным элементом.

СЖУ-1-МВ-К

СЖУ-1-МВ-К — микроволновый уровнемер с коаксиальным чувствительным элементом

Поплавковый магнитострикционный датчик уровня LLT-MS

Поплавковый датчик LLT-MS позволяет непрерывно контролировать уровень жидкости в закрытых или открытых резервуарах, аппаратах и…

Поплавковый потенциометрический датчик уровня LLT-RS

Поплавковый датчик LLT-RS позволяет непрерывно контролировать уровень жидкости в закрытых или открытых резервуарах, аппаратах и…

Камеры уровнемерные выносные LGB-BC

Камера уровнемерная выносная служит для установки в неё датчиков уровня, давления или температуры в случаях,…

Cигнализатор уровня LLS-B для применения с указателем уровня LGB

Сигнализатор данного исполнения устанавливается снаружи на камеру указателя уровня LGB и не имеет контакта с…

Горизонтальный поплавковый сигнализатор уровня LLS-F-S

Сигнализатор данного исполнения устанавливается сбоку на патрубок или стенку контролируемого резервуара. Направляющая трубка служит для…

Поплавковый сигнализатор уровня LLS-F-T

Сигнализатор данного исполнения устанавливается сверху на контролируемый резервуар. Возможно контролировать до 6 точек на одном…

Угловой поплавковый сигнализатор уровня LLS-F-SA

Сигнализатор данного исполнения устанавливается сбоку на патрубок контролируемого резервуара. Направляющая трубка сигнализатора может быть смонтирована…

Указатель уровня LGB-OT с системой компенсации веса поплавка DK

Указатель уровня верхнего монтажа LGB-OT состоит из выносной камеры (колонки) с соединительными элементами, с помощью…

Указатель уровня LGB

Указатель уровня LGB состоит из выносной камеры с присоединительными элементами (патрубки, фланцы), с помощью которых…

Указатель уровня LGB-CC с комбинированной камерой для рефлекс-радарного уровнемера

Указатель уровня LGB с комбинированной камерой с перфорированной (коаксиальной) трубкой для установки рефлекс-радарного уровнемера: представляет…

Указатель уровня верхнего монтажа LGB-OT

Указатель уровня в данном исполнении установлен сверху на ёмкости/аппарате. Для измерения значения уровня используется закрепленный…

PiloTREK бесконтактный микроволновой уровнемер

ПРИМЕНЕНИЕ Измерение уровня жидкостей, пасты, эмульсии и других химических веществ Фармацевтическая, легкая-химическая промышленность Пищевая, энергетическая…

MicroTREK — рефлексные микроволновые уровнемеры

ПРИМЕНЕНИЕ рефлексные микроволновые уровнемеры: Уровень, объем или граница раздела Жидкости, порошки, гранулы с Er >…

EchoTREK ультразвуковой уровнемер для жидкостей

ПРИМЕНЕНИЕ уровнемер ультрозвуковой: Жидкости и свободно сыпучие среды Уровень, объём и расход в открытых каналах…

EchoTREK ультразвуковой уровнемер для твердых сыпучих материалов

ПРИМЕНЕНИЕ Cвободно сыпучие среды Уровень, объём и расход в открытых каналах Парящие, дымящие, перемешивающиеся жидкости,…

Широкий выбор уровнемеров, предлагаемых компанией «Техноавтоматика», способен удовлетворить потребности производства в полном объеме. Байпасные, буйковые, микроволновые уровнемеры и многие другие приборы, отличающиеся по способу исполнения, возможности работы в критических условиях и по цене. Основным предназначением уровнемеров является определение уровня содержимого (жидкости, газы или сыпучие продукты), находящегося в емкостях, закрытых сосудах и резервуарах. Как дополнительная функция устройств – это срабатывание, отправка предупредительного сигнала в систему для организации дальнейших действий (остановка производственного процесса или заполнение бункера).

Классификация контрольно-измерительной аппаратуры

1. Ультразвуковые уровнемеры являются представителями группы бесконтактных приборов. По-настоящему инновационное Изделие EchoTrek производителя NIVELCO обеспечит производственный цикл исчерпывающей информацией о таких параметрах точки контроля как объем или уровень материала, а также сведениями о расходе содержимого за определенный период времени. Ультразвуковые приборы имеют максимальный класс защиты, адаптированы под встраивание в имеющуюся систему мониторинга предприятия.

2. Поплавковые приборы позиционируются в качестве уровнемеров жидкости, подходящих даже под ограниченный бюджет производства. Благодаря множественным доработкам производителя «Ривалком», устройства стали доступными для использования вне зависимости от целого ряда факторов, таких как наличие пены или пузырей. При заказе и покупке уровнемеров указывается необходимая точность измерений. Это влияет на цену товара.

3. Новое поколение бесконтактных уровнемеров представляют радарные устройства. Чувствительный элемент не входит в непосредственное взаимодействие с исследуемой средой, что значительно расширяет область их применения. Продукция FOXBORO также позиционируется как линейка уровнемеров нефтепродуктов. Устройства обеспечивают возможность непрерывного мониторинга производственных процессов.

Как заказать уровнемеры

Специально для удобства наших клиентов вся продукция представлена на сайте в виде карточек товаров с подробным описанием характеристик и документацией производителя. Последние сомнения по возможности заказа отдельных модификаций устройств и цены вопроса снимут наши консультанты.

Добавить комментарий