Сигнализаторы уровня жидкости

Довольно часто в промышленности для контроля уровня жидкости в резервуарах, баках или приямках применяют датчики-реле уровня типа РОС. С их помощью можно легко организовать многоуровневую схему контроля (опустошение емкости, предупреждение о переполнении, аварийный останов при переполнении или т.п.). Конструкция датчика-реле типа РОС очень проста: металлический контрольный электрод из нержавеющей стали 12Х18Н10Т запрессован в изолирующую втулку. Изолирующая втулка, в свою очередь, запрессована в металлическую оправу с резьбой. Один конец контрольного электрода размещается на нужном расстоянии от дна резервуара. Ко второму концу электрода (с нарезанной резьбой и накрученными гайками) присоединяется провод, соединяющий электрод с входом блока сигнализации. Как только уровень жидкости достигает свободного конца электрода, происходит замыкание цепи «контрольный электрод – земля» и срабатывает реле в блоке сигнализации. Роль земляного контакта выполняет либо один из электродов (как правило, самый длинный), либо стенка металлического резервуара, либо металлическая полоса на дне неметаллического резервуара. В любом случае, земляной контакт должен быть заземлен и соединен с входом «нейтраль» блока сигнализации РОС.

На контрольный электрод в процессе работы подается переменное напряжение порядка 6 вольт. Осуществляется подача именно переменного напряжения, так как подача постоянного напряжения может вызвать процессы электролиза в некоторых растворах и осаждение на контрольном электроде продуктов распада. Исходя из принципа действия датчиков уровня данного типа, можно понять, что для нормальной работы сигнализаторов жидкость должна обладать достаточной электропроводностью и не содержать загрязняющих веществ образующих токонепроводящую пленку. Обеспечить контроль уровня дистиллированной воды или воды, загрязненной смазочными материалами или нефтепродуктами с помощью сигнализаторов РОС будет весьма проблематично. В этом случае разумнее применить другие способы контроля уровня.

Длина свободного конца контрольного электрода может быть от 10 см (при горизонтальном монтаже) до 5 метров (при вертикальном монтаже) или даже 10 метров (тросовый электрод при вертикальном монтаже). При вертикальном монтаже датчиков на крышке резервуара расстояние между отверстиями для крепления датчиков должно быть не менее 60 мм, для исключения взаимного влияния электродов друг на друга. В случае если датчики с контрольными электродами длиной свыше 60 см монтируются на резервуарах, в которых имеется сильное волнение жидкости, то необходимо дополнительно зафиксировать нижнюю часть электрода. Фиксацию нижней части электрода можно выполнить с помощью изолирующих распорок, либо предусмотреть защиту электрода демпфирующим устройством (токонепроводящая перфорированная труба, решетка и т.д.).

Горизонтальная установка датчиков возможна только для контроля уровня жидкостей, не образующих проводящих отложений на изолирующей втулке датчика. Для обеспечения стекания жидкости с контрольного электрода датчик рекомендуется ориентировать так, чтобы его ось была направлена вниз на 10-20° относительно горизонтальной оси. Бобышки для монтажа датчиков должны иметь минимально необходимую высоту. Сопротивление сигнальных проводов (от электрода к блоку сигнализации) должно быть не более 20 Ом. Сопротивление изоляции сигнальных проводов с подключенными (но не погруженными в воду) датчиками относительно земли должно быть не менее 20 МОм при испытательном напряжении 500В. Место присоединения провода к контрольному электроду должно быть защищено от попадания влаги резиновым колпачком. Изолирующая втулка датчика должна быть изготовлена из полиэтилена, фторопласта или керамики в зависимости от максимальной температуры контролируемой среды (80, 200 или 300 градусов соответственно).

Для периодической проверки работоспособности сигнализатора уровня РОС нужно, при необходимости, заблокировать работу подключенных исполнительных механизмов и, последовательно замыкая электроды датчиков на «землю» через резистор сопротивлением 1...5 кОм, убедиться в срабатывании соответствующих реле и свечении светодиодов блока сигнализации РОС. Для удаления отложений на контрольных электродах и изолирующих втулках рекомендуется протирать их смоченной в спирте ветошью.

Поплавковые уровнемеры, несмотря на свою примитивную конструкцию, еще находят применение. Причем зачастую они устанавливаются на новейшее импортное оборудование. В частности они монтируются на баки-аккумуляторы гидравлической системы, выпускаемые фирмой HYDAC, для контроля уровня водоглюколевой смеси и включения насоса подкачки. Причиной тому надежность и неприхотливость уровнемеров данного типа, возможность настройки уровней срабатывания (в некоторых моделях). Конструкция и способ присоединения поплавковых уровнемеров к резервуару могут быть различными, но принцип работы всегда один и тот же.

Один из возможных вариантов поплавкового уровнемера представляет собой полый стержень из немагнитного материала, внутри которого размещаются магнитоуправляемые контакты (герконы) верхнего и нижнего уровня. Внутреннее пространство стержня герметично и изолировано от жидкости. По стержню свободно перемещается поплавок со встроенным магнитом. Перемещение поплавка вверх обусловлено действием архимедовой силы: при повышении уровня жидкости в резервуаре поплавок всплывает. Перемещение поплавка вниз обусловлено действием сил всемирного тяготения: когда уровень жидкости падает, поплавок опускается вслед за ней. Перемещение поплавка вверх и вниз ограничено стопорными кольцами. Когда поплавок, с встроенным в него магнитом, доходит до верхнего или нижнего геркона контакты последнего замыкаются. Схема автоматики срабатывает, активируя цепи сигнализации и/или исполнительные механизмы. Поплавковый уровнемер может иметь всего один магнитоуправляемый контакт – только верхнего или только нижнего предельного уровня.

Данный уровнемер имеет жестко настроенные пределы срабатывания, которые не могут быть изменены в процессе эксплуатации. Длина стержня у подобных уровнемеров может быть от нескольких десятков сантиметров до 1,5 метров. Уровнемер такой конструкции должен монтироваться строго вертикально во избежание "залипания" поплавка.

Поплавковые уровнемеры с регулируемыми порогами срабатывания имеют другую конструкцию и способ присоединения к процессу. Они выполнены в виде байпаса к резервуару, уровень жидкости в котором контролируется, и работают по принципу сообщающихся сосудов. Уровень жидкости в полом стержне уровнемера такой же, как и в резервуаре. Через нижнее присоединение уровнемера к резервуару в него поступает жидкость, а через верхнее присоединение из уровнемера выходит воздух. Если уровнемер будет присоединен к резервуару только в одной, нижней точке, то уровни жидкости в резервуаре и стержне уровнемера могут не совпадать. Для визуального контроля уровня жидкости в резервуаре полый стержень чаще всего изготавливают из прозрачного материала - стеклянной трубки, например.

Магнитоуправляемые контакты размещаются внутри пластмассовых хомутов, которые могут перемещаться вдоль стержня уровнемера. Настройка порогов срабатывания уровнемера производиться установкой хомутов на нужном расстоянии. В случае если хомуты с герконами установлены не в крайнее верхнее и не в крайнее нижнее положение может возникнуть следующая ситуация. При пропадании напряжения питания со схемы контроля уровня поплавок, в связи с изменением уровня жидкости, может «проскочить» магнитоуправляемый контакт, но схема автоматики при этом не сработает. После включения напряжения питания никаких аварийных сигналов не поступит, притом, что резервуар в это время может быть уже пустым или, наоборот, переполненным.

Конструкция данного уровнемера очень схожа с конструкцией ротаметра (с функцией реле расхода). Главной отличительной чертой являются форма поплавка. Ротаметры, как правило, предназначены для измерения расхода газов, поэтому поплавок в них имеет форму шарика (при очень маленьких измеряемых расходах) или конуса направленного острием вниз. Стеклянная трубка ротаметра имеет меньший диаметр по сравнению с трубкой поплавкового уровнемера, у которого, при малых диаметрах трубки, может проявиться эффект поверхностного натяжения  жидкости, что скажется на правильности измерения уровня.

Рассмотренные поплавковые уровнемеры имеют ограничения по применению в жидкостях содержащих загрязняющие вещества, так как они могут оседать на поплавке и стержне. Это приведет к заклиниванию поплавка. Для контроля уровня загрязненных жидкостей используют поплавковые уровнемеры других конструктивных исполнений (с штоком, например).