Измерение уровня жидкости является одной из базовых задач промышленной автоматизации: от точного дозирования на линиях розлива до защиты резервуаров от переполнения и сухого хода насосов. Обзор основных методов измерения и рекомендации по выбору датчика под конкретную задачу.

Методы измерения уровня жидкости

Контактные методы измерения

Контактные методы измерения так или иначе завязаны на непосредственное взаимодействие чувствительного элемента со средой.

Кондуктометрический метод

Основан на разнице электропроводности воздуха и жидкости, которую фиксируют сигнальный и общий электроды. Подходит для электропроводных сред; в металлических резервуарах общим электродом может служить сама стенка, в неметаллических нужен отдельный общий электрод.

Ёмкостной метод

Использует разницу диэлектрической проницаемости среды и воздуха. Электрод и стенка резервуара образуют конденсатор, изменение ёмкости которого преобразуется в значение уровня. Чувствителен к свойствам конкретного вещества и к налипанию на электрод.

Поплавковые датчики — герконовые сигнализаторы и резистивные уровнемеры

Сигнализатор фиксирует достижение заданной точки: магнит в поплавке замыкает геркон в штоке. Уровнемер измеряет уровень непрерывно за счёт матрицы герконов и резисторов, работающей по схеме трёхпроводного потенциометра, и выдаёт аналоговый или цифровой сигнал, пропорциональный уровню. Ограничение — механический контакт внутри штока и связанный с ним ресурс по количеству циклов.

Гидростатический метод

Погружной чувствительный элемент измеряет давление столба жидкости над собой — давление растёт пропорционально уровню. Точность метода зависит от стабильности плотности среды: изменение плотности при том же физическом уровне меняет расчётное значение. Мембрана датчика контактирует со средой напрямую.

Бесконтактный метод измерения уровня

Ультразвуковой и радарный методы (бесконтактные)

Оба метода измеряют время прохождения импульса от излучателя над средой до поверхности и обратно, не соприкасаясь с жидкостью. Ультразвуковой использует акустический сигнал — недорогой и распространённый вариант, но чувствительный к пене, пару и турбулентности поверхности, с мёртвой зоной у излучателя. Радарный использует электромагнитный импульс, что делает его устойчивым к пару, вакууму и перепадам температуры над средой; точность зависит от диэлектрической проницаемости жидкости, а стоимость оборудования обычно выше.

Магнитострикционный метод

Постоянный магнит на поплавке взаимодействует с полем волновода в точке своего положения, порождая ультразвуковую волну. Время между импульсом тока и приходом волны пропорционально координате магнита. В отличие от резистивной матрицы, магнит не соприкасается с волноводом физически — контакта, который изнашивается, здесь нет. Это даёт абсолютное измерение без накопленной погрешности и высокую повторяемость на протяжении всего срока службы.

Варианты монтажа магнитострикционных датчиков уровня MSI

MSI предлагает два конструктивных решения для измерения уровня на основе магнитострикционной технологии.

• Погружной (стержневой) – MSI-H/HE, MSI-GT2/GT3. Устанавливается непосредственно в ёмкость через штуцер, вдоль стержня перемещается поплавок с магнитом. Применяется там, где возможна врезка сверху.
• Внешний (профильный) – MSI-P/PB. Монтируется снаружи ёмкости или байпасной трубки; магнитная каретка следует за уровнем жидкости без физического контакта с датчиком, с зазором до 10 мм. Используется, когда прямая врезка невозможна – из-за конструкции резервуара, давления или свойств среды.

Преимущества магнитострикционных датчиков уровня

• абсолютное измерение без потери положения при отключении питания;
• отсутствие механического износа в измерительной паре магнит волновод;
• повторяемость лучше 0,001% ПДИ и линейность лучше 0,01% ПДИ у MSI-H и MSI-GT2/GT3;
• интерфейсы Analog, START/STOP, SSI, PROFIBUS, CAN простая интеграция с промышленной автоматикой без дополнительных преобразователей;
• класс защиты от IP67;
• двойное и тройное резервирование у MSI-GT2/GT3 для ответственных узлов.

Область применения

Автоматы розлива напитков, где датчики MSI заменяют изношенные или снятые с производства Temposonics и Balluff по схеме прямой замены присоединительных размеров. Технология применима и для более широкого круга задач контроля уровня в промышленных ёмкостях, резервуарах и баках гидросистем; материалы по этим направлениям будут дополняться по мере накопления инженерной практики.

Критерии выбора датчика уровня

• совместимость со средой: вязкость, агрессивность, склонность к налипанию и пенообразованию;
• возможный способ монтажа: погружной или внешний;
• требуемый диапазон измерения и рабочая температура;
• интерфейс, совместимый с существующей автоматикой;
• необходимость резервирования для критичных узлов.

Технические характеристики

Подбор и замена датчика уровня

Инженеры MSI подбирают замену вышедшего из строя датчика уровня по присоединительным размерам, интерфейсу и рабочему диапазону, а также готовят индивидуальные решения от одной единицы. Для консультации по конкретной ёмкости или среде обращайтесь через форму обратной связи или к менеджеру по вашему направлению.