Емкостной датчик уровня принцип работы: Емкостное измерение уровня | Endress+Hauser

Емкостной датчик уровня топлива SmartSensor II | Оборудование

SmartSensor II – является датчиком уровня топлива нового поколения (производства нашей компании), в отличие от старого SmartSensor, новый исполнен в сверхпрочном, цельном алюминиевом корпусе. При изготовлении использованы новые, более точные компоненты, датчик может измерять наличие воды в баке.

…

Датчик уровня топлива (датчик расхода топлива) от производителя (в Украине).

ООО «Ай Ти — Линкс» занимается предоставлением услуг в сфере GPS мониторинга и контроля расхода топлива с 2007-го года, за это время нашими специалистами был приобретен огромный опыт в разработке и производстве оборудования для данной сферы. Таким образом, датчик уровня топлива (датчик расхода топлива) от нашей компании является самым качественным и доступным на рынке Украины.

Внешний вид:

Датчки уровня топлива SmartSensor II (далее по тексту – датчик) является бесконтактным измерителем уровня горюче-смазочных материалов (далее по тексту – ГСМ): дизельного топлива, бензина, масла.

Принцип действия – емкостной. Трубка измерительного зонда и стержень внутри нее образуют обкладки конденсатора, емкость которого изменяется при изменении уровня ГСМ. При попадании электропроводящей жидкости (например, воды) внутрь обкладок показания датчика соответствуют полному баку – датчик не предназначен для измерения уровня электропроводящих жидкостей. Изменение емкости конденсатора преобразуется электронной схемой в цифровой сигнал, который может быть прочитан, обработан и передан на сервер системы GPS мониторинга, диспетчеризации и удалённого управления мобильными объектами «Инспектор» с помощью устройства GPS мониторинга SmartTrack.

Более детально о контроле расхода топлива для автотранспорта можно ознакомится в описании тарифа «Топливо+» системы GPS мониторинга «Инспектор».

Ознакомится с сертификатами на емкостной датчик уровня топлива SmartSensor II можно перейдя по ссылке.

Гарантия на датчик — 12 месяцев.

Технические характеристики:

Наименование характеристики или параметра	Единица измерения	Значение
Общие:
Предельный диапазон рабочей температуры	°С	от -40 до +75
Степень защиты электронных схем датчика	—	IP68
Время непрерывной работы	—	не ограничено
Измерения:
Диапазон длин измерительного зонда датчика	мм	от 100 до 5000
Основная допустимая погрешность измерения уровня в статическом режиме, не более	%	1
Период усреднения результатов измерений в динамическом режиме	с	8
Разрядность кода представления результатов измерения уровня топлива	бит	16
Разрядность кода представления результатов измерения температуры	бит	16
Питание:
Напряжение питания	В	от 8 до 35
Ток потребления	мА	от 2 до 5
Интерфейс:
Цифровой	—	двухпроводная шина

бесконтактные датчики, Устройство и принцип работы емкостного датчика

В основе принципа работы емкостного датчика лежит изменение емкости конденсатора при внесении в его электрическое поле какого-либо материала.

Устройство емкостного датчика общего применения показано на рисунке ниже:

Электроды конденсатора, являющегося частью генератора, создают электрическое поле для взаимодействия с объектом.

Генератор обеспечивает переменное электрическое поле перед электродами конденсатора.

Демодулятор преобразует изменение высокочастотных колебаний генератора в изменение постоянного напряжения.

Триггер обеспечивает необходимый порог срабатывания, гистерезис, крутизну фронтов сигнала управления.

Усилитель увеличивает амплитуду и рабочий ток выходного сигнала до необходимых значений.

Подстроечный элемент служит для регулировки чувствительности датчика и отстройки от помех (росы, инея и пр.)

Индикатор — обычно светодиодный обеспечивает визуальный контроль срабатывания датчика, увеличивая удобство эксплуатации, уменьшая время настройки.

Компаунд обеспечивает необходимую степень защиты от вредного воздействия твердых частиц и влаги.

Корпус. В цилиндрических датчиках чаще всего выполняется из латуни и нержавеющей стали. В прямоугольных и других исполнениях применяются ударопрочные пластики. Корпус служит для обеспечения монтажа датчика и защиты от механических и прочих внешних воздействий.

Принцип работы

При подаче напряжения питания, перед поверхностью электродов как бы «развернутого» конденсатора возникает электрическое поле. Данное поле так же считается зоной чувствительности емкостного датчика. Параметры генератора выбраны таким образом, что при отсутствии каких либо материалов в зоне чувствительности датчика, кроме воздуха, имеющего диэлектрическую проницаемость близкую к единице, электрических колебаний в генераторе не возникает.

 

 

 

 

При попадании какого-либо материала в поле конденсатора с большей диэлектрической проницаемостью, увеличивается емкость конденсатора. В генераторе возникают колебания с амплитудой, зависящей от расстояния до материала, размеров его, а также от его диэлектрической проницаемости. Амплитуда колебаний преобразуется демодулятором в изменение уровня постоянного напряжения, что вызывает срабатывание триггера и изменение состояния выхода датчика.

 

 

 

 

Разнообразие объектов воздействия, вызывающих срабатывание емкостных выключателей, обуславливает широкий спектр областей, в которых они применяются.

Наибольший эффект достигается при использовании в системах: — контроля уровня наполнения резервуаров, емкостей, контейне- ров сыпучими и жидкими материалами; — контроля уровня содержимого в упаковке, в таре; — сигнализации разрыва лент; — счета и позиционирования объектов любого рода.

Возможно применение емкостных выключателей в пищевой и в химической отраслях промышленности. При этом для исключения непосредственного контакта активной поверхности выключателя с пищевыми продуктами или с химически агрессивными средами, можно рекомендовать использовать защитную диэлектрическую перегородку, изготовленную из соответствующих материалов.

При необходимости обнаружения веществ и материалов, находящихся за металлической стенкой, в ней следует выполнить окно, закрытое диэлектрической перегородкой, перед которой устанавливают емкостный выключатель. Толщина перегородки должна быть значительно меньше расстояния воздействия выключателя, а диэлектрик должен иметь малую диэлектрическую проницаемость Er.

М2М телематика

ГЛОНАСС/ GPS мониторинг передвижения транспорта, контроль работы водителей и диспетчеров, тотальное ГЛОНАСС/GPS слежение вплоть до показаний специальных датчиков, входящих в состав аппаратно-программного комплекса систем спутникового слежения, анализ полученных данных – это только часть спектра возможностей спутниковых систем управления автотранспортом на базе систем ГЛОНАСС и GPS. Такие широкие возможности системы спутникового слежения делают их эффективными инструментами решения задач, связанных с мониторингом подвижных объектов.

Системы спутникового мониторинга внедряются как в автопарки небольших предприятий, так и на уровне города или региона в рамках построения комплексной Интеллектуальной Транспортной Системы (ИТС). И в том и в другом случае использование спутниковых систем мониторинга транспортных средств является экономически выгодным.

Применение

ГЛОНАСС / GPS мониторинг транспорта применяется не только на уровне предприятий различных сфер деятельности, но и на уровне городов и регионов. Мониторинг муниципальных пассажирских автотранспортных предприятий позволяет повысить качество транспортного обслуживания населения, повысить безопасность на транспорте в целом, повысить качество обслуживания населения, а также снизить бюджетные расходы.

Инновационная система мониторинга транспорта позволяет осуществлять контроль расхода топлива и других горюче-смазочных материалов, а также гарантировать сохранность грузов и их своевременную доставку. Эффективная организация труда, снижение пробега и простоев транспорта, экономия ГСМ – малая часть результатов внедрения спутникового мониторинга.

Как работает ГЛОНАСС / GPS-мониторинг?

Спутниковые системы ГЛОНАСС / GPS слежения работают на основе определения координат местоположения мобильных или стационарных объектов относительно позиций спутников.

В настоящий момент в России осуществляется 2 вида мониторинга объектов. Использование оборудования, совмещающего оба вида мониторинга, и ГЛОНАСС и GPS, повышает надежность работы системы за счет увеличения числа сигналов, получаемых от спутников, а также снижает риск низкой точности определения координат местонахождения в условиях плотной городской застройки и неблагоприятных погодных условиях. И ГЛОНАСС /GPS мониторинг и GPS-мониторинг обеспечивают не только эффективную логистику, но и тотальный контроль каждого движущегося объекта, например автомобиля, на котором была осуществлена установка специального оборудования. Спутниковый мониторинг существенно повышает эффективность работы предприятия в целом.

Возможности использования ГЛОНАСС / GPS мониторинга подвижных объектов

Мониторинг транспорта – только одна из сфер применения спутниковых систем слежения за автотранспортом. Использование дополнительного оборудования позволяет осуществлять контроль температуры, вести учет времени и параметров работы различных агрегатов и навесных механизмов.

Применение систем спутникового мониторинга автотранспорта обеспечивает информацией о местоположении транспорта, позволяет осуществлять более эффективную логистику, сокращать расходы на ГСМ и контролировать несанкционированные простои.

Опыт внедрения систем спутникового мониторинга автотранспорта на предприятиях различных сфер деятельности подтверждает, что эффективность использования транспортных средств до 40%.

Принцип работы датчиков уровня

Опубликовано 25.06.2016

Принцип работы

Механические и магнитные поплавковые уровнемеры

Принцип действия основан на замыкании поплавком контактов, расположенных на различных уровнях направляющего стержня. В магнитных поплавковых уровнемерах используются герконы, а в механических – микровыключатели.

Преимущества

• просто
• дёшево.

Недостатки

• контактный метод, при выборе поплавка необходимо учитывать: химическую совместимость со средой, плавучесть, вязкость, плотность и температуру
• не подходит для измерения уровня очень вязкой жидкости, шлама
• а также жидкости, которая прилипает к поплавку и стержню
• или содержит металлические кусочки, которые могут вызвать ложные срабатывания магнитных выключателей.

Магнитострикционные уровнемеры

Это поплавковые уровнемеры непрерывного действия, в которых используются магнитострикционный эффект. Поплавок с постоянным магнитом внутри перемещается вдоль направляющего стержня, в котором натянута проволока из магнитострикционного материала (волновод). В волновод подаются токовые импульсы. В месте расположения магнита (поплавка) при взаимодействии магнитного поля с током, возникают импульсы продольной деформации, которые регистрируются пьезоэлементом вверху стержня. Время прохождения импульса пропорционально расстоянию до поверхности.

Буйковые уровнемеры

На частично погружённый в жидкость буёк действует выталкивающая сила Архимеда, пропорциональная глубине погружения.

Ультразвуковые уровнемеры (Ultrasonic)

Принцип действия ультразвуковых уровнемеров основан на измерении времени распространения звуковой волны высокой частоты (20-200 кГц) от антенны уровнемера до поверхности жидкости и обратно.

Ультразвуковые уровнемеры подходят для измерения уровня вязких жидкостей и сыпучих материалов.

Недостатки

• звуковой сигнал не может распространяться в вакууме
• на показания оказывают влияние: температура, влажность, давление, турбулентность, пена, пар, изменение концентрации жидкости.

Микроволновые радарные уровнемеры (Radar)

Принцип действия радарных уровнемеров основан на измерении времени распространения электромагнитной волны (радиоволны) сверхвысокой частоты (1-30 ГГц) от антенны уровнемера до поверхности жидкости и обратно.

Радары подходят для использования во влажной, туманной и пыльной среде, а также при переменной температуре.

Импульсный метод – измерение времени прохождения импульса до поверхности и обратно – очень сложно реализовать, т.к. это время измеряется в наносекундах.

Более распространён способ непрерывного линейного частотного модулирования радиосигнала — FMCW (Frequency Modulated Continuous-Wave). При этом способе излученный и отражённый сигналы смешиваются, и образуется сигнал, частота которого равна разности частот этих сигналов. Эта разность пропорциональна расстоянию от антенны до поверхности.

Преимущества

• радиоволны могут распространяться и в вакууме, на них не влияет температура, давление, влажность и пыль.

Недостатки

• электромагнитные волны поглощаются (не отражаются) диэлектриками (пластмасса, стекло, бумага и т.д.)
• высокая цена (чем выше частота, тем точнее измерения и тем дороже).

Гидростатическое измерение уровня

Используется зависимость давления столба жидкости от уровня. Давление столба жидкости измеряется с помощью дифференциальных датчиков давления — один датчик измеряет давление на дне резервуара, а другой – давление над поверхностью жидкости.

Емкостные уровнемеры (Capacitance)

В резервуар опускается конденсатор, представляющий собой длинную трубку с металлическим стержнем внутри. Вместе с резервуаром заполняется и трубка — из-за разной диэлектрической проницаемости жидкости и воздуха ёмкость конденсатора изменяется пропорционально уровню.

В качестве опорного электрода (внешних обкладок конденсатора) могут использоваться стенки резервуара.

Кондуктометрические сигнализаторы уровня

Используются для контроля уровня в проводящих жидкостях. В резервуар опускается пара электродов, и как только уровень повышается так, что электроды оказываются погружёнными в жидкость – уменьшается сопротивление между электродами и срабатывает выключатель. Для контроля нескольких уровней используются несколько пар электродов разной длины.

Вибрационные сигнализаторы уровня (Vibrating Switch)

Применяются для сигнализации уровня жидких и сыпучих веществ. Используется эффект камертона – в резонаторе, имеющем форму вилки, пьезоэлектрическим способом возбуждаются механические резонансные колебания, которые затухают и гасятся при погружении резонатора в сыпучее вещество.

Датчики уровня и сигнализаторы уровня сыпучих продуктов. Уровнемеры. UWT

Принцип работы флажкового датчика уровня (реле уровня) Лопасть вращается с помощью электромотора (1 или 5 обор. мин). Вследствие контакта с материалом вращательное движение прекращается. Возникший реактивный момент задействует микровыключатель, который выдает соответствующий выходной сигнал и отключает мотор. Как только лопасть освобождается, мотор, с помощью пружины, возвращается в исходное положение (выходной сигнал меняется и мотор снова включается). Простой и надежный принцип контроля уровня Простая и быстрая установка Флажковый датчик уровня не нуждается в обслуживании Прочная промышленная конструкция Общепромышленные и специальные серии – подходящее решение для любого применения Применим практически для всех сыпучих веществ Допуск к применению в различных странах мира (CSA, FM, и т. д.) Применим в местах с опасностью взрыва газа и пыли (сертификат ATEX) Датчик может использоваться например как датчик уровня цемента.		Принцип работы вибрационного датчика (реле уровня) Лопасти вибровилки, испытывая пьезоэлектрическое воздействие, вибрируют на механической резонансной частоте. Затухание колебаний (изменение амплитуды), возникающее вследствии покрывания лопастей вибровилки материалом, регистрируется электроникой. Как только зонд освобождается от материала, он снова начинает вибрировать, что также регистрируется электроникой. Модульная и простая конструкция Применение практически для всех сыпучих веществ Абсолютно не нуждается в обслуживании Отсутствие механически подвижных частей Разнообразные исполнения – подходящее решение для любого применения Допуск к применению в различных странах мира (CSA, FM, и т. д.) Применение в местах с опасностью взрыва газа и пыли (сертификат ATEX)
Ёмкостный принцип определения сыпучих материалов Активная компенсация налипаний Датчик уровня сыпучих материалов работает при температурах до + 180 °С, при избыточном давлении процесса до 16 Бар		Принцип работы ёмкостного сигнализатора уровня с RF-технологией RFnivo® измеряет электрическую емкость между зондом и стенкой емкости. Встроенная электроника оценивает изменение электрической емкости при контакте зонда с измеряемым материалом и преобразует это изменение в выходной сигнал. Простая установка и ввод в эксплуатацию, автоматическая калибровка. Не требует технического обслуживания, надежное функционирование с налипающими материалами за счет технологии акивного экрана. Применим для высоких давлений (до 25Бар) и высоких температур (до 500°C).
Принцип работы кондуктивного датчика (реле уровня) Уровень заполнения жидкого вещества определяестя при помощи измерения его проводимости. Как только край зонда погружается в жидкость, благодаря электропроводности, к металлической стенке емкости поступает электрический сигнал. С помощью встроенного потенциометра возможно точно откалибровать прибор (высокая проводимость – низкая проводимость). Широкая сфера применения не только в строительной индустрии, а также в химической и экологической отраслях Сверхпрочная конструкция, встроенная электроника Контроль уровня заполнения электропроводящих жидких сред во всех видах металлических емкостей Горизонтальная установка и установка под углом
Принцип работы Груз, закрепленный на конце измерительного/-ой троса/ленты опускается при помощи электромотора в емкость. Как только груз соприкасается с материалом, меняется направление его движения и он возвращается снова в верхнее крайнее положение. Оба расстояния (вниз и вверх) сравниваются между собой и сигнальный выход активируется. Измерение, управляемое микропроцессором — интеллектуальный контроль Простая установка Абсолютная независимость от свойств материала, таких как электропроводность, пылеобразование, диэлектрические характеристики Измерение уровня сыпучих и жидких веществ Применение в местах с опасностью взрыва пыли (сертификат ATEX)		Определение заполнения на заданном уровне, например: периодические замеры, дозирование по объему, регулируемое определение наполнения Непрерывное измерение уровня заполнения в диапазоне от 0,6 м до 3,9 м
Программы визуализации для операторов Шкафы управления и индикации результатов измерений

Емкостной сигнализатор уровня СN 4030

Корпус	Алюминий или пластик PA6, IP66
Допуски	ATEX, IEC-Ex, TR-CU
Температура процесса	-40°C до +110°C
Диапазон давлений	-1Бар до +16Бар
Чувствительность	Значение DK >=1,6 четырехступенчатая установка
Напряжение питания	PNP 20. .40V DC, Реле DPDT 21..230V AC 21..45V DC
Технологическое подключение	G 1,5″
Материал технологического подключения	Алюминий или нержавеющая сталь 1.4305 (303)
Материал зонда	PPS пластика (армированный стекловолокном), FDA в списке, пищевой
Переключение предохранительного режима	FSH / FSL при электронике с универсальным напряжением питания
Задержка сигнала	Кажадая электроника имеет установку задержки выходного сигнала

заказать по лучшей цене от «Профиком»

Емкостный датчик уровня серии ECAPm 101

Датчик уровня ECAPm — это емкостный датчик уровня для измерения уровня проводящей жидкости, жидкости с низкой проводимостью, гранулированных материалов с твердыми частицами, адгезивные материалы, кислоты. Когда материал попадает между электродным стержнем и стенкой резервуара, происходит изменение емкости, и когда это изменение превышает порог регулировки, размыкается контакт. Легкая и безопасная калибровка Различные конструкции и различные решения, связанные с измерением промышленного уровня, предлагаются специально для производителей оборудования.

Преимущества:

— Отсутствие движущихся частей.

— Конструкция, устойчивая к высоким давлениям и температурам.

— Модульная структура с легкой сборкой.

— Не подвержен воздействию пены, брызг

— Не подвержен вибрации, имеет прочную механическую конструкцию.

— Простая регулировка нулевого диапазона.

— Измерение вдоль всего датчика.

— Работоспособность с обратной сборкой.

Сфера применения:

Емкости с жидкостью, пищевые машины, баки с охлаждающей жидкостью, транспортировка, баки с гликолем, рассол, баки со сточными водами. Нефтяные резервуары, резервуары с СО2, высокотемпературные резервуары, непроводящие жидкости. Зернохранилища, цемент, песок кормовой, мука, сухое молоко, органические и пластиковые гранулы. Липкая горячая и высоковязкая жидкость, кислотные и химические жидкости

Принцип работы:

Определение емкости при условии использования двух параллельных проводящих пластин

Тем не менее, едва ли существует какой-либо тип датчика, который можно использовать практически по этому определению. Формула выше больше не может быть би-надежной, особенно когда остаточные площади увеличиваются из-за большого расстояния (d) (что обычно имеет место). Таким образом, измерение полного сопротивления для измерений расстояния дает более точные результаты, чем измерение емкости.

Возбуждение применяется между 10 кГц-250 кГц в зависимости от длины для всех моделей.( e=2xpxf)Ошибка линейности, которая может быть вызвана эффектом компонента проводимости (R), предотвращается конструкцией электронной схемы и механической конструкцией. Уменьшение до уровня ниже 1 промилле, считается как ноль.

 

Пример подключения:

Детали:

 

Электрическое соединение:

 

Корпус:

 

Механическое соединение:

Принцип работы емкостных датчиков уровня ~ Изучение контрольно-измерительной техники

Пользовательский поиск

Приборы уровня емкости работают по основному принципу изменения электрической емкости или емкости конденсатора, образованного датчиком, стенкой сосуда и диэлектрическим материалом. Конденсатор состоит из двух проводящих пластин, разделенных друг от друга диэлектриком.Запоминающая способность конденсатора, определяемая емкостью C, напрямую зависит от площадей пластин (A), их расстояния друг от друга (d) и диэлектрической проницаемости материала между пластинами:

C = ЄA / d

Емкостные датчики используются в жидкостях, которые не проводят ток и имеют высокую диэлектрическую постоянную (), и могут использоваться для непрерывного контроля уровня. Емкостной зонд, показанный ниже, состоит из внутреннего стержня с внешней оболочкой, погруженной в жидкость, уровень которой мы собираемся измерять.

Емкость зонда измеряется между внутренним стержнем и внешней оболочкой с помощью емкостного моста. В части, находящейся вне жидкости, воздух служит диэлектриком между стержнем и внешней оболочкой. В погруженной части диэлектриком является жидкость, которая вызывает большое изменение емкости при изменении уровня жидкости. Если резервуар металлический, он может служить внешней оболочкой. Изменение емкости прямо пропорционально уровню жидкости.Для этого типа измерения необходимо знать диэлектрическую проницаемость жидкости.

Диэлектрическая проницаемость обрабатываемого материала является наиболее важным аспектом этого приложения для измерения уровня. Следует отметить, что температура, влажность, влажность и плотность могут изменять диэлектрическую проницаемость обрабатываемого материала. Эти факторы часто учитываются и корректируются при разработке емкостных датчиков для измерения уровня. Чем выше диэлектрическая проницаемость обрабатываемого материала, тем проще и надежнее будет измерение уровня.Материалы с низкой диэлектрической проницаемостью не подходят для измерения уровня емкости.

Области применения
Емкостные измерители уровня используются для определения уровня в силосах, резервуарах и бункерах, как для определения предельных значений, так и для непрерывного измерения. Эти инструменты обычно используются во всех областях промышленности и могут измерять как жидкости, так и твердые материалы.

Преимущества

• Отлично подходит для жидкостей и сыпучих материалов
• У них нет движущихся частей
• Подходит для высококоррозионных сред

Недостатки
Ограничено в применении для продуктов с изменяющимися электрическими свойствами (особенно влажностью).
Емкостный датчик уровня

Принцип работы

Емкостной принцип работы

Конденсатор — это двухполюсное устройство, которое состоит из двух проводящих тел, разделенных непроводящим (диэлектрическим) материалом. Ниже показан простой конденсатор, состоящий из двух пластин. Упрощенное выражение для емкости этой конструкции является:

Чтобы создать более удобную геометрию для датчиков, пластины (или электроды) могут быть расположены различными способами. Хотя это усложняет приведенное выше выражение для емкости, общая взаимосвязь между переменными остается прежней. Как показано ниже, электроды расположены в одной плоскости. Этого можно добиться разными способами.Электрическое поле излучается от электродов.

Если диэлектрик остается постоянным, емкость также остается постоянной. При изменении диэлектрика естественно изменяется и емкость. В емкостных датчиках приближения эти два электрода соединены вместе и интегрированы в высокочастотный осциллятор. В состоянии «без цели» осциллятор настроен на покой. Когда цель входит в электрическое поле, увеличивая емкость, начинается колебание.Когда амплитуда достигает достаточно высокого уровня, изменение состояния сигнала срабатывает.

Два основных семейства конфигураций электродов используются для стандартных приложений:

Диэлектрический тип (D-тип)

Емкостные датчики приближения сконфигурированы, как показано ранее, с двумя чувствительными электродами, встроенными в генератор. Чувствительное поле выступает в сторону от лицевой стороны датчика, и попадание любого объекта в чувствительное поле увеличит емкость, что приводит к колебаниям.Такие датчики обнаруживают все материалы, изолирующие или проводящие. Эти датчики часто называют «экранированными», и они могут устанавливаться заподлицо.

Проводящий тип (L-тип)

Емкостные датчики приближения сконфигурированы только с одним чувствительным электродом, встроенным в генератор. Проникновение проводящего материала в поле создает второй электрод связи, который затем вызывает колебания. Такие датчики отличные для «просмотра» изоляционного материала, такого как резина, стекло или бумага, с целью обнаружения проводящего материала, такого как вода или металл.Эти датчики часто называют «неэкранированными», и их нельзя устанавливать заподлицо.

Мы также включили компенсационный электрод во все емкостные проксимити. Этот электрод встроен в генератор и предназначен только для обнаружения загрязняющих элементов. Как только обнаруживается накопление загрязняющих веществ, эффект компенсируется. чтобы избежать ложного срабатывания. Способность электродов любой конфигурации определять большие расстояния является функцией обнаруживаемого материала. Чувствительность к проводящим материалам обеспечивает максимальное расстояние срабатывания при любой емкостной близости. датчик.Возможности обнаружения диэлектрических материалов зависят от диэлектрической проницаемости материала и массы материала в поле восприятия. К таким материалам следует применять коэффициент уменьшения расстояния срабатывания.

Как работает емкостное измерение уровня? »Датчики и органы управления для жабр —

Как работает емкостное определение уровня?

Чтобы объяснить емкостное измерение уровня, мы должны сначала понять концепцию конденсатора.

Конденсатор образован двумя электродами, электрически изолированными друг от друга.Сами электроды должны быть токопроводящими и обычно изготавливаются из металла. Они могут быть любой формы, хотя легче всего визуализировать две параллельные пластины.

Конденсаторы обладают способностью накапливать энергию в электрическом поле между этими электродами, когда к цепи прикладывается напряжение или «потенциал». Свойство емкости связывает количество энергии, хранящейся в этом поле, с приложенным напряжением или потенциалом.

Помещая между электродами непроводящий материал, способность конденсатора накапливать энергию увеличивается, и, таким образом, увеличивается емкость.Этот материал между электродами называется «диэлектриком».

Ключевым свойством диэлектрических материалов является количество хранимого заряда.

Когда между электродами конденсатора вводится диэлектрическая жидкость, емкость изменяется пропорционально, и можно определять уровень жидкости.

Для измерения изменений емкости электрическая энергия, поступающая в электроды и выходящая из них, измеряется при изменении напряжения или потенциала.Этот поток энергии создается путем подключения электродов к цепи измерения переменного тока. Чем больше поток энергии к электродам, тем больше емкость, а значит, больше диэлектрика между электродами.

Для калибровки датчика уровня необходимо выполнить контрольные измерения при уровне пустого и полного резервуара. Обычно значение диэлектрической проницаемости измеряемой жидкости требуется для калибровки датчика на его «полном» уровне. При установке пустого и полного выходов измерение уровня жидкости сводится к связыванию выходного сигнала датчика с этими значениями.

Пластины конденсатора также могут быть сконструированы в виде концентрической трубки и стержня с преимуществом уменьшения помех, а также улучшенной механической жесткости и прочности, как это предусмотрено в датчиках уровня жидкости Gill.

Вся обработка сигналов осуществляется на плате с помощью полностью интегрированной электроники. Колебания диэлектрической проницаемости, вызванные изменением температуры, регулируются с помощью значений смещения, хранящихся в памяти датчика, которые обычно программируются во время заводской калибровки в Gill Sensors.

Gill Sensors Емкостные датчики уровня жидкости часто изготавливаются из алюминия, нержавеющей стали или углеродного волокна, что позволяет Gill работать в тяжелых условиях — от топливных баков гоночных автомобилей Формулы 1 до масляных трансмиссионных систем в горнодобывающем и промышленном оборудовании.

Емкостной датчик уровня: принцип работы и применение

В этой статье обсуждается принцип работы емкостных датчиков уровня и их использование для измерения уровня.Однако, чтобы поладить, мы сначала рассмотрим более общую проблему индустрии автоматизации.

Для большинства переменных в автоматизации процессов существует множество принципов на выбор. Каждый продавец выделит продукт, используя определенный принцип, и, возможно, посоветует вам избегать других по той или иной причине.

Миникап FTC260 Емкостной датчик предельного уровня для легких сыпучих продуктов

Оставив в стороне шумиху, вы должны помнить, что лучшее устройство для вашего приложения превосходит точность или цену.Конечно, вашему процессу требуется точное, стабильное и долговечное устройство. И вы не хотите платить за это слишком много. Но вашей компании также нужна местная поддержка, быстрое обслуживание или удаленная помощь от поставщика. Все эти факторы влияют на то, какое решение будет правильным для вашего приложения.

Варианты использования датчика уровня емкости

Поработав некоторое время в этом бизнесе, вы будете иметь хорошее представление о том, какие устройства лучше всего подходят для вашего процесса. Например, если вам нужен уровень в емкости для мороженого, вам понадобится бесконтактное устройство.Таким образом вы снизите риск загрязнения и откажетесь от некоторых типов технологических соединений. Имеет смысл, правда?

Тем не менее, сегодня в большинстве емкостей для мороженого используются датчики давления с соединениями для промывки и гигиеническими допусками. Поскольку, хотя бесконтактное решение, такое как радар в свободном пространстве, лучше подходит для технологического процесса, в промышленности обычно используются передатчики, разработанные для пищевых продуктов.

Устройство давления будет работать нормально, но если у вас нестабильная плотность продукта, это может повлиять на показания.Изменение плотности увеличивает допустимую погрешность и снижает точность. Если вы выберете радар для свободного пространства, плотность не повлияет на измерения.

Но подождите, скажете вы. У этих танков обычно есть агитаторы, и они мешают работе радаров, верно? Не совсем. Да, у большинства таких танков есть агитаторы. Однако у мороженого высокая диэлектрическая проницаемость, что сводит на нет этот эффект. Круто, не правда ли?

Как я упоминал в предыдущем информационном бюллетене, я не встречал много передатчиков уровня емкости в полевых условиях.Хотя этот принцип не нов, вы не найдете эти устройства повсюду. Если у вас непроводящий продукт, вам необходимо откалибровать ноль и диапазон с пустым и полным резервуаром. Если у вас среда с более высокой проводимостью, подойдет заводская калибровка.

С другой стороны, эти гибкие устройства работают в непроводящих и проводящих средах. Однако у вас есть диапазон от 1 до 100 микросименс на сантиметр, когда эти устройства также не работают. А датчик уровня емкости должен контактировать с продуктом, что ставит его позади других технологий.В любом случае, давайте посмотрим, как работает устройство.

Принцип работы емкостных датчиков уровня

Как следует из названия, преобразователи уровня емкости работают как конденсатор. Зонд действует как одна из обкладок конденсатора, а металлическая стенка сосуда — как вторая. Мы называем среду, разделяющую эти пластины, изолирующим материалом (диэлектрическая проницаемость, K). Емкость или накопительная способность конденсатора (C) зависит от площадей пластин (A), расстояния между ними (d) и диэлектрической проницаемости (E).

C = E (К А / д)

• C = емкость в пикофарадах (пФ)
• E = постоянная
• K = относительная диэлектрическая проницаемость
• A = эффективная площадь пластин
• d = расстояние между пластинами

Если у вас есть резервуар с нулевым процентом уровня, то в качестве изоляционного материала у вас будет только воздух. Когда продукт начинает заполнять сосуд, этот материал превращается в жидкость или твердое тело, таким образом изменяя емкость. Таким образом, емкость, измеряемая датчиком, прямо пропорциональна уровню в резервуаре.

Этот принцип может работать во многих технологических условиях, таких как суспензии, пена, высокое давление и т. Д. Значение диэлектрической проницаемости будет определять, следует ли использовать частично или полностью изолированный зонд. Например, для датчика уровня емкости, измеряющего значение до 5, вы можете использовать частично изолированный зонд. Но если значение превышает 5, вам следует развернуть полностью изолированный зонд.

Помните, вам нужны две тарелки. Обычно в качестве одного датчика используется зонд, а в качестве другого — металлическая стенка сосуда.Тем не менее, вы все еще можете использовать этот принцип в пластиковом сосуде. Вам просто понадобится концентрическая трубка в резервуаре или датчик с двухстержневыми электродами.

Нивектор FTI26 Емкостный датчик предельного уровня для всех типов порошкообразных и мелкозернистых твердых частиц в пищевой промышленности

Непрерывное измерение уровня и реле уровня

Этот принцип применяется к непрерывным измерениям и реле уровня.При непрерывном измерении зонд должен охватывать весь диапазон измерения. С датчиком уровня установленная штанга определяет уровень только в определенной области.

Эти решения на рынке предлагают многие производители — Endress + Hauser, VEGA, OMEGA, Siemens и другие. В зависимости от поставщика вам может потребоваться модель для жидкостей или твердых тел с полностью или частично изолированным материалом из полиэтилена, политетрафторэтилена, PFA и др.

Заключение

Преобразователи уровня емкости

просты, но универсальны.Если вам нужно откалибровать устройство в полевых условиях для непроводящих сред, у вас могут возникнуть некоторые трудности. Но в проводящих средах он устанавливается довольно легко. Увеличьте масштаб устройства и сравните его плюсы и минусы с другими, чтобы выбрать лучшее для вашего процесса.

Купите емкостные уровнемеры в нашем интернет-магазине

В этом видео подробно объясняется измерение уровня с помощью емкостных датчиков уровня:

Если вы хотите узнать больше об измерении уровня с помощью емкостных преобразователей уровня, вы можете связаться с нашими инженерами , и мы будем рады помочь.

Емкостные датчики уровня

: принцип работы

Если вы ищете датчик уровня, достаточно универсальный для измерения жидкостей, порошков или других сыпучих материалов, суспензий и т. Д., Емкостной датчик уровня может быть именно тем, что вам нужно.

Как Емкостные датчики уровня Работа

Емкостные датчики уровня работают от двух электродов, образующих конденсатор, часто в виде двух параллельных металлических пластин с изолирующим (непроводящим или «диэлектрическим») материалом, разделяющим их.

В самом общем смысле конденсаторы накапливают электростатическую энергию в электрическом поле. Способность конденсатора накапливать эту энергию (измерение, известное как «емкость») возрастает по мере приложения напряжения к цепи и увеличения объема изоляционного материала.

При работе в качестве емкостного датчика уровня конденсаторы работают путем обработки емкости относительно диэлектрической проницаемости измеряемого материала и напряжения, используемого для замыкания цепи.Эти измерения используются для определения уровня в сосудах. Более высокий уровень диэлектрического материала приводит к большей емкости, что означает, что первое можно легко измерить с помощью второго.

Этот метод измерения уровня иногда называют радиочастотным измерением уровня по названию радиочастоты, подаваемой на конденсаторную цепь.

Емкостный датчик уровня : пример

В качестве примера предположим, что мы измеряем раствор с высокой емкостью, хранящийся в большом металлическом резервуаре.Два электрода, образующие конденсатор, будут иметь форму проводящего зонда, такого как металлическая пластина, и сама стенка сосуда. Активизируется РЧ-сигнал, в результате чего через раствор протекает слабый ток. Этот ток варьируется в зависимости от количества раствора в резервуаре — разница определяется переключателем конденсатора и преобразуется в выходной сигнал, подходящий для конкретного применения.

В дополнение к широкому спектру материалов и областей применения, с которыми могут работать емкостные датчики уровня, они также имеют то преимущество, что они просты с механической точки зрения, не имеют движущихся частей и требуют минимального технического обслуживания.Кроме того, они хорошо подходят как для точечного, так и для непрерывного измерения уровня и устойчивы к перемешиванию.

---

Свяжитесь с нами сегодня!

Дюжина способов измерения уровня жидкости и принцип их работы — Измерение уровня | Датчики уровня | Датчики уровня

Технологии измерения уровня на переходном этапе

Самым простым и старейшим промышленным прибором для измерения уровня, конечно же, является смотровое стекло. При ручном подходе к измерению смотровые стекла всегда имели ряд ограничений.Материал, используемый для его прозрачности, может потерпеть катастрофическое повреждение с последующим оскорблением окружающей среды, опасными условиями для персонала и / или пожаром и взрывом. Уплотнения склонны к утечкам, а наросты, если они есть, закрывают видимый уровень. Безоговорочно можно сказать, что обычные смотровые стекла — самое слабое звено любой установки. Поэтому их быстро заменяют более совершенные технологии.

Другие устройства определения уровня включают устройства, основанные на удельном весе, физическом свойстве, наиболее часто используемом для определения уровня поверхности.Простой поплавок, имеющий удельный вес между удельным весом технологической жидкости и паров свободного пространства над поверхностью, будет плавать у поверхности, точно следуя его подъемам и опусканиям. Измерения гидростатического напора также широко используются для определения уровня.

Когда задействованы более сложные физические принципы, развивающиеся технологии часто используют компьютеры для выполнения вычислений. Это требует отправки данных в машиночитаемом формате от датчика в систему управления или мониторинга. Форматы выходных сигналов преобразователя, используемые для компьютерной автоматизации, — это токовые петли, аналоговые напряжения и цифровые сигналы.Аналоговые напряжения просты в установке и устранении, но могут иметь серьезные проблемы с шумом и помехами.

Самая простая и старая промышленная передача сигналов — это токовые петли 4-20 мА (где ток петли изменяется в зависимости от измерения уровня), которые сегодня являются наиболее распространенным выходным механизмом. Токовые петли могут передавать сигналы на большие расстояния с меньшим ухудшением качества. Цифровые сигналы, закодированные в любом из множества протоколов (например, Foundation Fieldbus, Hart, Honeywell DE, Profibus и RS-232), являются наиболее надежными, но более старые технологии, такие как RS-232, могут обрабатывать только ограниченные расстояния.Новые возможности беспроводной связи можно найти в сигналах новейших передатчиков, что позволяет передавать их на огромные расстояния практически без ухудшения качества.

Что касается более совершенных технологий измерения (например, ультразвуковых, радиолокационных и лазерных), более сложные форматы цифрового кодирования требуют цифрового компьютерного интеллекта для форматирования кодов. Сочетание этого требования с потребностью в расширенных коммуникационных возможностях и схемах цифровой калибровки объясняет тенденцию встраивания компьютеров на базе микропроцессоров практически во все устройства для измерения уровня (см. Рисунок 1).

Установленные технологии определения уровня

В этой статье мы предполагаем, что плотность пара в свободном пространстве (обычно в воздухе) пренебрежимо мала по сравнению с плотностью технологической жидкости. Предположим также, что в резервуаре находится только одна однородная технологическая жидкость. Некоторые из этих технологий могут использоваться для многоуровневых приложений, когда две или более несмешивающихся жидкости разделяют сосуд.

1. Стеклянный указатель уровня. Доступные в различных конструкциях, как бронированные, так и незащищенные, стеклянные датчики используются более 200 лет в качестве простого метода измерения уровня жидкости. Преимущество этой конструкции — возможность видеть истинный уровень через прозрачное стекло. Обратной стороной является возможность разбивания стекла, что может привести к утечке или безопасности персонала.

2. Поплавки . Поплавки работают по простому принципу: помещают плавучий объект с удельным весом, промежуточным между удельным весом технологической жидкости и паров свободного пространства над резервуаром, а затем прикрепляют механическое устройство для считывания его положения.Поплавок опускается на дно паров свободного пространства и плавает поверх технологической жидкости. Хотя сам по себе поплавок является основным решением проблемы определения местоположения поверхности жидкости, считывание положения поплавка (т. Е. Выполнение фактического измерения уровня) по-прежнему проблематично. Ранние поплавковые системы использовали механические компоненты, такие как кабели, ленты, шкивы и шестерни для передачи уровня. Сегодня популярны поплавки с магнитами.

Ранние поплавковые датчики уровня обеспечивали моделируемое аналоговое или дискретное измерение уровня с использованием сети резисторов и нескольких герконов, что означает, что выходной сигнал датчика изменяется дискретно.В отличие от устройств непрерывного измерения уровня, они не могут различать значения уровня между ступенями.

3. Поплавки, 4. Барботеры и 5. Датчики перепада давления — это все устройства для измерения гидростатического давления. Таким образом, любое изменение температуры вызовет сдвиг удельного веса жидкости, как и изменения давления, которые влияют на удельный вес пара над жидкостью. Оба приводят к снижению точности измерения. Вытеснители работают по принципу Архимеда.Как показано на рисунке 2, в сосуде подвешен столб из твердого материала (вытеснитель). Плотность вытеснителя всегда больше, чем у технологической жидкости (он будет тонуть в технологической жидкости), и он должен простираться от минимально необходимого уровня до, по крайней мере, самого высокого уровня, который необходимо измерить. По мере повышения уровня технологической жидкости колонна вытесняет объем жидкости, равный площади поперечного сечения колонны, умноженной на уровень технологической жидкости в буйке. Выталкивающая сила, равная этому перемещенному объему, умноженному на плотность технологической жидкости, толкает поплавок вверх, уменьшая силу, необходимую для поддержки его против силы тяжести.Преобразователь, связанный с передатчиком, отслеживает это изменение силы и связывает его с уровнем.

Датчик уровня барботажного типа показан на рис. 3. Эта технология используется в емкостях, работающих при атмосферном давлении. Погружная трубка, открытый конец которой находится рядом с открытым сосудом, переносит продувочный газ (обычно воздух, хотя может использоваться инертный газ, такой как сухой азот, когда существует опасность загрязнения технологической жидкости или окислительной реакции с ней) в резервуар.

По мере того, как газ течет вниз к выпускному отверстию погружной трубки, давление в трубке повышается до тех пор, пока не преодолеет гидростатическое давление, создаваемое уровнем жидкости на выпускном отверстии.Давление равно плотности технологической жидкости, умноженной на ее глубину от конца погружной трубки до поверхности, и контролируется датчиком давления, подключенным к трубке.

Датчик уровня перепада давления (DP) показан на рисунке 4. Важным измерением является разница между общим давлением на дне резервуара (гидростатическое напор жидкости плюс статическое давление в резервуаре) и статическим или напорным давлением. в сосуде. Как и в случае с барботером, разница гидростатического давления равна плотности технологической жидкости, умноженной на высоту жидкости в резервуаре.Устройство на Рисунке 4 использует атмосферное давление в качестве эталона. Вентиляционное отверстие наверху поддерживает давление в свободном пространстве, равное атмосферному.

В отличие от барботеров, датчики перепада давления могут использоваться в невентилируемых (находящихся под давлением) емкостях. Все, что требуется, — это подсоединить контрольный порт (сторона низкого давления) к порту в резервуаре выше максимального уровня заполнения. В зависимости от физических условий процесса и / или расположения датчика относительно технологических соединений все еще могут потребоваться продувка жидкостью или барботеры.

6. Тензодатчики. Тензодатчик или тензодатчик — это, по сути, механический опорный элемент или кронштейн, оснащенный одним или несколькими датчиками, которые обнаруживают небольшие деформации в опорном элементе. При изменении силы, действующей на датчик веса, кронштейн слегка изгибается, что приводит к изменению выходного сигнала. Калиброванные датчики веса были изготовлены с допустимой нагрузкой от долей унций до тонн.

Для измерения уровня датчик веса должен быть встроен в опорную конструкцию судна.По мере того, как технологическая жидкость заполняет резервуар, усилие на датчик веса увеличивается. Зная геометрию сосуда (в частности, его площадь поперечного сечения) и удельный вес жидкости, очень просто преобразовать известный выход датчика веса в уровень жидкости.

Несмотря на то, что тензодатчики имеют преимущество во многих приложениях из-за их бесконтактной природы, они дороги, а опорная конструкция судна и соединительные трубопроводы должны быть спроектированы с учетом требований тензодатчика к плавающей опорной конструкции.Общий вес резервуара, трубопроводов и соединительной конструкции, поддерживаемых резервуаром, будет взвешиваться системой загрузки в дополнение к желаемому весу нетто или продукта. Этот общий вес часто приводит к очень плохому отклонению от веса нетто, а это означает, что вес нетто составляет очень небольшой процент от общего веса. Наконец, рост опорной конструкции, вызванный неравномерным нагревом (например, от утреннего до вечернего солнечного света), может отражаться в виде уровня, как и боковая нагрузка, ветровая нагрузка, жесткие трубопроводы и крепление от оборудования для предотвращения опрокидывания (для тензодатчиков, устанавливаемых снизу). .Короче говоря, требования к системе взвешивания тензодатчиков должны быть первостепенными при проектировании опор сосуда и трубопроводов, иначе производительность быстро ухудшится.

7. Магнитные уровнемеры. Эти датчики (см. Рисунок 5) являются предпочтительной заменой смотровых стекол. Они похожи на поплавковые устройства, но сообщают местоположение поверхности жидкости магнитным способом. Поплавок, несущий набор сильных постоянных магнитов, движется во вспомогательной колонне (поплавковой камере), прикрепленной к судну с помощью двух технологических соединений.Эта колонна ограничивает поплавок сбоку так, чтобы он всегда был близко к боковой стенке камеры. Когда поплавок движется вверх и вниз по уровню жидкости, вместе с ним перемещается намагниченный челнок или гистограмма, показывая положение поплавка и тем самым обеспечивая индикацию уровня. Система может работать только в том случае, если вспомогательная колонна и стенки камеры выполнены из немагнитного материала.

Многие производители предоставляют конструкции поплавков, оптимизированные для удельного веса измеряемой жидкости, будь то бутан, пропан, масло, кислота, вода или границы раздела двух жидкостей, а также большой выбор материалов поплавков.

Это означает, что манометры могут работать с высокими температурами, высокими давлениями и агрессивными жидкостями. Большие поплавковые камеры и поплавки с высокой плавучестью доступны для применений, где ожидается накопление.

Камеры, фланцы и технологические соединения могут быть изготовлены из синтетических материалов, таких как Kynar, или экзотических сплавов, таких как Hastelloy C-276. Камеры специальной конфигурации могут работать в экстремальных условиях, таких как паровая оболочка для жидкого асфальта, камеры увеличенного размера для мгновенного испарения, расчет температуры для жидкого азота и хладагентов.Многочисленные металлы и сплавы, такие как титан, инколой и монель, доступны для различных комбинаций высоких температур, высокого давления, низкого удельного веса и агрессивных жидкостей. Сегодняшние магнитные уровнемеры также могут быть оснащены магнитострикционными и волноводными радиолокационными передатчиками, что позволяет преобразовывать локальные показания манометра в выходы 4-20 мА и цифровую связь, которые могут быть отправлены в контроллер или систему управления.

8. Датчики емкости. Эти устройства (см. Рисунок 6) работают на том факте, что технологические жидкости обычно имеют диэлектрическую проницаемость, значительно отличающуюся от диэлектрической проницаемости воздуха, которая очень близка к 1,0. Масла имеют диэлектрическую проницаемость от 1,8 до 5. Чистый гликоль — 37; водные растворы составляют от 50 до 80. Эта технология требует изменения емкости, которая зависит от уровня жидкости, создаваемого либо изолированным стержнем, прикрепленным к датчику и технологической жидкости, либо неизолированным стержнем, прикрепленным к датчику и либо стенка сосуда или эталонный зонд.По мере того, как уровень жидкости повышается и заполняет все больше пространства между пластинами, общая емкость увеличивается пропорционально. Электронная схема, называемая емкостным мостом, измеряет общую емкость и обеспечивает непрерывное измерение уровня.

Возможно, наиболее существенное различие между более ранними технологиями непрерывного измерения уровня жидкости и теми, которые сейчас набирают популярность, — это использование измерений времени пролета (TOF) для преобразования уровня жидкости в обычный выходной сигнал.Эти устройства обычно работают, измеряя расстояние между уровнем жидкости и контрольной точкой на датчике или передатчике в верхней части сосуда. Система обычно генерирует импульсную волну в контрольной точке, которая проходит либо через паровое пространство, либо через проводник, отражается от поверхности жидкости и возвращается к датчику в контрольной точке. Электронная схема синхронизации измеряет общее время в пути. Разделив время прохождения на удвоенную скорость волны, мы получим расстояние до поверхности жидкости.Технологии различаются в основном видом импульса, используемого для измерения. Ультразвук, микроволны (радар) и свет доказали свою полезность.

9. Магнитострикционные датчики уровня. Преимущества использования магнита, содержащего поплавок, для определения уровня жидкости уже установлены, а магнитострикция — это проверенная технология для очень точного определения местоположения поплавка. Вместо механических связей магнитострикционные датчики используют скорость крутильной волны вдоль провода, чтобы найти поплавок и сообщить его положение.

В магнитострикционной системе (см. Рисунок 7) поплавок содержит ряд постоянных магнитов. Сенсорный провод подсоединяется к пьезокерамическому сенсору на передатчике, а зажим для натяжения прикрепляется к противоположному концу сенсорной трубки. Трубка либо проходит через отверстие в центре поплавка, либо примыкает к поплавку за пределами немагнитной камеры поплавка.

Чтобы определить местонахождение поплавка, передатчик посылает короткий импульс тока по проводу датчика, создавая магнитное поле по всей его длине.Одновременно срабатывает схема синхронизации. Поле немедленно взаимодействует с полем, создаваемым магнитами в поплавке. Общий эффект заключается в том, что в течение короткого времени протекания тока в проводе создается скручивающая сила, очень похожая на ультразвуковую вибрацию или волну. Эта сила распространяется обратно к пьезокерамическому датчику с характерной скоростью. Когда датчик обнаруживает волну напряжения, он вырабатывает электрический сигнал, который уведомляет схему синхронизации о прибытии волны и останавливает схему синхронизации.Схема синхронизации измеряет временной интервал (TOF) между началом текущего импульса и приходом волны.

На основе этой информации местоположение поплавка определяется очень точно и отображается передатчиком в виде сигнала уровня. Ключевые преимущества этой технологии заключаются в том, что скорость сигнала известна и постоянна в зависимости от переменных процесса, таких как температура и давление, и на сигнал не влияют пена, расходимость луча или ложные эхо. Еще одно преимущество состоит в том, что единственная движущаяся часть — это поплавок, который перемещается вверх и вниз вместе с поверхностью жидкости.

10. Ультразвуковые уровнемеры. Ультразвуковые датчики уровня (см. Рисунок 8) измеряют расстояние между датчиком и поверхностью, используя время, необходимое для прохождения ультразвукового импульса от датчика до поверхности жидкости и обратно (TOF). Эти датчики используют частоты в диапазоне десятков килогерц; время прохождения ~ 6 мс / м. Скорость звука (340 м / с в воздухе при 15 градусах Цельсия, 1115 кадров в секунду при 60 градусах F) зависит от смеси газов в свободном пространстве и их температуры.Хотя температура датчика компенсируется (при условии, что датчик имеет ту же температуру, что и воздух в свободном пространстве), эта технология ограничивается измерениями атмосферного давления в воздухе или азоте.

11. Лазерные уровнемеры. Разработанные для сыпучих продуктов, суспензий и непрозрачных жидкостей, таких как грязные отстойники, молоко и жидкий стирол, лазеры работают по принципу, очень похожему на принцип работы ультразвуковых датчиков уровня. Однако вместо того, чтобы использовать скорость звука для определения уровня, они используют скорость света (см. Рисунок 9).Лазерный передатчик в верхней части сосуда излучает короткий световой импульс вниз к поверхности технологической жидкости, который отражает его обратно в детектор. Схема синхронизации измеряет прошедшее время (TOF) и вычисляет расстояние. Ключевым моментом является то, что у лазеров практически нет рассеяния луча (расходимость луча 0,2 градуса) и нет ложных эхо-сигналов, и они могут быть направлены через пространство размером всего 2 дюйма. 2 лазера точны, даже в паре и пене. Они идеально подходят для использования на судах с многочисленными препятствиями и могут измерять расстояния до 1500 футов.Для приложений с высокими температурами или высоким давлением, например, в корпусах реакторов, лазеры часто используются в сочетании со специальными смотровыми окнами, чтобы изолировать преобразователь от процесса. Эти стеклянные окна изолируют передатчик от технологического процесса. Эти стеклянные окна хорошо пропускают лазерный луч с минимальным рассеиванием и ослаблением и должны содержать условия процесса.

12. Радарные уровнемеры. Воздушные радарные системы излучают микроволны вниз либо от рупорной, либо от стержневой антенны в верхней части судна.Сигнал отражается от поверхности жидкости обратно к антенне, и схема синхронизации вычисляет расстояние до уровня жидкости, измеряя время прохождения туда и обратно (TOP). Ключевым параметром в радиолокационной технике является диэлектрический контакт жидкости. Причина в том, что количество отраженной энергии на микроволновых (радиолокационных) частотах зависит от диэлектрической проницаемости жидкости, и если Er низкий, большая часть энергии радара входит или проходит. Вода (Er = 80) дает отличное отражение при изменении или неоднородности Er.

Передатчики волноводных радаров (GWR)

(см. Рисунок 10) также очень надежны и точны. Жесткий зонд или гибкая кабельная антенная система направляет микроволновую печь вниз от верхней части резервуара до уровня жидкости и обратно к передатчику. Как и в случае с воздушным радаром, изменение Er с более низкого на более высокое приводит к отражению. Волноводный радар в 20 раз более эффективен, чем воздушный радар, потому что волновод обеспечивает более сфокусированный путь энергии. Различные конфигурации антенн позволяют проводить измерения до ER = 1.4 и ниже. Более того, эти системы могут быть установлены как вертикально, так и в некоторых случаях горизонтально, при этом направляющая изгибается под углом до 90 градусов, что обеспечивает четкий сигнал измерения.

GWR обладает большинством преимуществ и немногими недостатками ультразвуковых, лазерных и открытых радарных систем. Скорость волны радара в значительной степени не зависит от состава паровоздушного пространства, температуры или давления. Он работает в вакууме без необходимости повторной калибровки и может измерять через большинство слоев пены.Ограничение волны, чтобы она следовала за зондом или кабелем, устраняет проблемы с распространением луча и ложные эхо-сигналы от стен и конструкций резервуара.

Сводка

Общие тенденции в различных технологиях измерения отражают движущие силы рынка. Усовершенствованная цифровая электроника делает датчики уровня и другие измерительные устройства более удобными, более надежными, простыми в настройке и менее дорогими. Усовершенствованные коммуникационные интерфейсы передают дату измерения уровня в существующую систему управления и / или информацию компании.

Сегодняшние датчики уровня включают в себя все большее разнообразие материалов и сплавов для борьбы с агрессивными средами, такими как масла, кислоты и экстремальные температуры и давления. Новые материалы помогают технологическим приборам соответствовать специальным требованиям, таким как сборки из материала с оболочкой из ПТФЭ для коррозионных применений и электрополированной нержавеющей стали 316 для требований чистоты. Зонды, изготовленные из этих новых материалов, позволяют использовать контактные датчики практически в любом приложении.

Измерение уровня жидкости с использованием емкостно-цифровых преобразователей

Введение

Такие процедуры, как инфузия и переливание, требуют контроля точного количества жидкости, поэтому им нужен точный и простой в реализации метод определения уровня жидкости. В этой статье описываются 24-битные емкостно-цифровые преобразователи и методы измерения уровня, которые обеспечивают высокопроизводительное емкостное измерение уровня жидкости.

Основы измерения емкости

Емкость — это способность тела накапливать электрический заряд.Емкость, C, , равна

. где Q, — это заряд конденсатора, а В, — напряжение на конденсаторе.

В конденсаторе, показанном на рисунке 1, две параллельные металлические пластины площадью A разделены расстоянием d. Емкость, C, , равна

, где

• C — емкость в фарадах
• A — площадь перекрытия двух пластин = a × b
• d — расстояние между двумя пластинами
• ε _R — относительная статическая диэлектрическая проницаемость
• ε _O — диэлектрическая проницаемость свободного пространства (ε _O ≈ 8.854 × 10 ⁻¹² F м ⁻¹ )

Рисунок 1. Емкость двух параллельных пластин.

Емкостно-цифровой преобразователь (CDC)

Одноканальные преобразователи емкости Σ-Δ с высоким разрешением AD7745 и двухканальные AD7746 измеряют емкости, подключенные непосредственно к их входам. Обладая изначально высоким разрешением (эффективное разрешение 21 бит и отсутствие пропущенных кодов при 24 битах), высокой линейностью (± 0,01%) и высокой точностью (± 4 фФ откалибровано на заводе), они идеально подходят для измерения уровней, положения, давления и другие физические параметры.

Функционально завершенные, они включают в себя мультиплексор, источник возбуждения, ЦАП с переключаемыми конденсаторами для емкостных входов, датчик температуры, источник опорного напряжения, тактовый генератор, логику управления и калибровки, последовательный интерфейс, совместимый с I ² C, и сердечник высокоточного преобразователя, который включает в себя Σ-Δ модулятор балансировки заряда второго порядка и цифровой фильтр третьего порядка. Преобразователь работает как CDC для емкостных входов и как ADC для входов напряжения.

Измеренная емкость C _x подключена между источником возбуждения и входом Σ-Δ модулятора.Прямоугольный сигнал возбуждения подается на C _x во время преобразования. Модулятор непрерывно измеряет заряд, проходящий через C _x , и преобразует его в поток нулей и единиц. Цифровой фильтр обрабатывает выходной сигнал модулятора для определения емкости, которая представлена ​​плотностью единиц. Выходной сигнал фильтра масштабируется с помощью калибровочных коэффициентов. Затем внешний хост может прочитать окончательный результат через последовательный интерфейс.

Четыре конфигурации, показанные на рисунке 2, демонстрируют, как CDC определяет емкость в несимметричных, дифференциальных, заземленных и плавающих датчиках.

Рис. 2. Конфигурации для несимметричных, дифференциальных, заземленных и плавающих датчиков.

Емкостные методы определения уровня

Простым методом контроля уровня жидкости является погружение конденсатора с параллельными пластинами в жидкость, как показано на рисунке 3. При изменении уровня жидкости количество диэлектрического материала между пластинами изменяется, что также вызывает изменение емкости. Вторая пара емкостных датчиков (обозначенная как C ₂ ) используется в качестве эталона.

Рисунок 3. Емкостное определение уровня.

Поскольку ε R (Вода) >> ε R (Воздух), емкость датчика можно приблизительно определить емкостью погруженной части. Таким образом, уровень жидкости можно рассчитать как C ₁ / C ₂ :

где

• Уровень — длина, погруженная в жидкость
• Ref — длина эталонного датчика

Аппаратное обеспечение емкостной системы измерения уровня

24-битный AD7746 с двумя каналами измерения емкости идеально подходит для приложений измерения уровня.На рисунке 4 показана блок-схема системы. Емкости датчика и эталона преобразуются в цифровые, и данные передаются через порт I ² C на главный компьютер или микроконтроллер.

Рисунок 4. Емкостная система измерения уровня.

Дизайн печатной платы имеет решающее значение для точных измерений. На рисунке 5 показана плата датчика и соединение CDC. Для обеспечения точности AD7746 устанавливается на верхней поверхности печатной платы как можно ближе к двум металлическим пластинам внутри 4-слойной печатной платы.Заземляющий слой находится на задней стороне печатной платы. В приложении используются оба входных канала. Плата датчика показана на рисунке 6.

Рисунок 5. Плата датчика и подключение CDC. Рисунок 6. Изображение верхней и нижней печатной платы.

Плата датчика сконструирована с использованием двух копланарных металлических пластин вместо двух параллельных пластин. В случае параллельных пластин на печатной плате диэлектрик образован материалом печатной платы, воздухом и жидкостью. Напротив, внутренний копланарный слой не должен напрямую контактировать с жидкостью.Для копланарных пластин приблизительная емкость на длину дорожки составляет

.

где

• d — расстояние между серединами двух параллельных дорожек
• l длина гусеницы
• w — ширина каждой дорожки (при условии, что они одинаковые)
• t толщина гусеницы
• Эффективный ε R определяется соотношением d к h ( h — толщина печатной платы)
• Для д / ч >> 1; ε _{R (эфф)} ≈ 1
• Для д / ч ≈ 1; ε _{R (эфф)} = (1 + ε _R ) / 2

Из этого уравнения измеренная емкость пропорциональна длине погружения в воду, так как приблизительная емкость на длину дорожки для компланарного датчика остается постоянной.Выполнение калибровки системы с помощью программного обеспечения LabVIEW ^® может помочь достичь более высокой точности.

Программное обеспечение LabVIEW

Программа LabVIEW, запущенная на ПК, получает данные из CDC через последовательный интерфейс I ² C. На рисунке 7 показан графический интерфейс пользователя (GUI) на мониторе ПК. Когда система демонстрации уровня жидкости включена, отображаются данные об уровне в реальном времени, температура окружающей среды и напряжение питания.

Рисунок 7. Графический интерфейс системы, отображаемый на мониторе ПК.

Уровень жидкости определяется как

.

Программа LabVIEW включает в себя базовую калибровку и расширенную калибровку для достижения более точных измерений. Сухая (базовая) калибровка используется для определения C _1DRY и C _2DRY . Усиление и смещение могут быть получены из 0-дюймовой и 4-дюймовой калибровки, поскольку каждая калибровка определяет одно уравнение с двумя неизвестными первого порядка. Эталонный конденсатор должен быть погружен в жидкость во время калибровки и измерений.

Вывод

Эта статья представляет собой введение в демонстрационную систему емкостного измерения уровня жидкости.