Датчики для резервуаров с противопожарным, техническим и питьевым запасом воды. Принцип работы и преимущества

Поэтому исправная работа резервуаров требует тщательного контроля. Чтобы следить за этим технически сложным оборудованием, применяют датчики, показывающие работоспособность ёмкости. К таким приборам относятся и разные типы датчиков уровня воды и температуры: поплавковый, гидростатический, ультразвуковой, кондуктометрический, многозонный и другие.

Применение нескольких устройств образует систему контроля уровня воды в резервуаре.

Виды датчиков для жидкой среды

Устройства с непрерывным измерением уровня	Устройства контроля достижения заданного уровня
Ёмкостные Гидростатические Байпасные Магниточувствительные Буйковые Микроволновые Ультразвуковые	Поплавковые Магнитные Емкостные Оптические Вибрационные Ультразвуковые Гидростатические

В этой статье мы рассмотрим распространённые применяемые типы датчиков, принцип их работы и преимущества.

Поплавковые датчики

Выбор модели поплавкового датчика зависит от типа воды в резервуаре. Это влияет на материал изготовления датчика, его форму и вес. Например, прибор, который используется для измерения уровня сточных вод, должен быть устойчивым к примесям в составе жидкости.

Приборы отличаются невысокой стоимостью в сравнении с другими типами датчиков, которые мы разберём далее.

Принцип работы поплавкового датчика

Датчик состоит из поплавка, магнита и герметизированного контакта. Прибор фиксируется так, чтобы кабель у его основания оставался свободным. Благодаря этому датчик поднимается и опускается вместе с уровнем воды в резервуаре. Смена положения прибора влияет на магнит, который воздействует на контакт и замыкает его. Тогда на шкаф управления ёмкостным оборудованием подаётся сигнал, сообщающий об изменениях уровня жидкости.

Достоинства поплавковых датчиков:

• Широкий выбор модификаций.

• Могут применяться в закрытых резервуарах с высоким давлением.

• Применяются для воды, вязких, пенящихся и агрессивных жидкостей.

Поплавковые датчики уровня воды применялись в первых резервуарах FLAMAX. От этих устройств отказались по следующим причинам:

• Датчики трудно установить и закрепить на определённом уровне.

• Большой ход поплавков приводит к неточности срабатывания.

• Приборы отличаются низкой ремонтопригодностью, требуют частой замены.

Кондуктометрические датчики

Следующий тип датчиков уровня жидкости в резервуарах — кондуктометрические. Это датчики с преобразователем электрического сопротивления воды в релейный сигнал. К преобразователю подключено несколько стержневых электродов: сигнальные и общий. Поэтому кондуктометрические датчики также называют электродными.

Кондуктометрические датчики уровня, в зависимости от модификации, используются для открытых резервуаров и закрытых.

Стержни имеют разную длину, чтобы определять уровень воды на нескольких отметках. Количество стержней зависит от того, сколько уровней требуется зафиксировать. Общий электрод по длине соответствует самому низкому уровню.

Электроды изготавливаются из нержавеющей стали.

Принцип работы кондуктометрического датчика

Электроды, погружённые в электропроводящую жидкость, образуют замкнутую цепь. Сигнал об этом передаётся на контрольные и управляющие устройства. Если уровень жидкости падает, то сопротивление в электрической цепи меняется. Это позволяет датчику определить отметку, на которой находится вода в резервуаре.

В качестве общего электрода можно использовать стенку металлической ёмкости. Остальные электроды также будут совпадать с количеством уровней. Чтобы стенка выполняла роль общего стержня, её надо гальванически связать с преобразователем.


Среди преимуществ электродных датчиков можно выделить:

• Скорость фиксации уровня, которая выше, чем у поплавковых.

• Стабильное положение электродов позволяет точно определять уровень жидкости.

• Стержни просты в обслуживании.

• Кондуктометрические датчики уровня используются для открытых и закрытых резервуаров.

К недостаткам относят:

• Снижение точности фиксации при использовании в высоких резервуарах.

• Чем длиннее стержни и чем их больше, тем выше стоимость датчика.

• Стоимость кондуктометрического датчика выше, чем у поплавковых.

Благодаря точности и скорости фиксации кондуктометрические датчики используются в пожарных резервуарах FLAMAX, а также в ёмкостях для технического запаса воды. Приборы отличаются надёжностью, что оправдывает их стоимость.

Альтернативный способ измерения уровней заполнения резервуара — гидростатический датчик.

Гидростатические датчики

Гидростатические датчики уровня воды помогают измерять глубину столба жидкости и её давление. Как и у поплавковых, модификация гидростатических устройств зависит от типа хранимой в резервуаре жидкости.

Приборы делят на виды:

• Погружной, как следует из названия, помещают в жидкость.

• Врезной устанавливается в стенку резервуара на нужном уровне. При монтаже встраиваемого датчика на резервуаре уличного исполнения необходимо учитывать минимальную температуру окружающей среды.

• Фланцевые датчики гидростатического давления можно отнести к врезным. Они отличаются расположением в нижней части резервуара и используются для контроля минимального уровня жидкости.

Принцип работы гидростатического датчика

Гидростатические устройства в резервуарах измеряют давление столба воды на датчик. С помощью полученных при измерении данных датчик вычисляет объём и уровень жидкости в резервуаре. Прибор работает по принципу, основанному на законе Паскаля: давление, производимое на жидкость, передается в любую точку без изменений во всех направлениях.

Чтобы уравновесить атмосферное давление воздуха, используют воздушную трубку. Она подводит к датчику атмосферное давление.

Преимущества этого вида оборудования:

• Простая установка, которая требует опустить прибор в ёмкость и подсоединить его шнур к контролирующему устройству.

• Устойчивость к давлению в ёмкостях большого объёма.

• Точность измерений.

• Простое техобслуживание.

Недостатки:

• Смещение прибора, которое можно исключить с помощью направляющей трубы. Также датчик можно установить на отдалении от движущихся потоков воды в резервуаре.

• Прибор может засоряться, если в жидкости содержится взвесь. Поэтому датчик располагают на расстоянии от дна.

В резервуарах FLAMAX гидростатические датчики чаще применяются для ёмкостей с питьевым запасом, чем с противопожарным. Чистая вода не загрязняет прибор и тем самым не оказывает влияние на его работу. Эти датчики используются для резервуаров технического и пожарного назначения, если ёмкости отличаются большой проектной высотой. В подобных условиях гидростатические устройства фиксируют показатели точнее, чем кондуктометрические.

Ультразвуковые датчики

Ультразвуковые датчики уровня воды — это устройства, которые измеряют уровень жидкости в резервуаре бесконтактным методом. Они не погружаются в хранимый продукт и, следовательно, не нуждаются в повышенной износостойкости. Однако их применение в производственных отраслях для работы с агрессивными средами привело к появлению модификаций, отличающихся прочностью. Датчики используют в нефтепереработке, агропромышленности и т.д.

Ультразвуковые датчики не работоспособны в вакууме, веществах, образующих газовую подушку или пену.

Принцип работы ультразвукового датчика

Прибор создаёт акустические волны, которые отражаются от хранимого продукта и возвращаются к устройству. Датчик определяет скорость сигнала, после чего рассчитывает расстояние до поверхности жидкости в резервуаре и уровень наполнения. В устройстве находится температурный сенсор, который компенсирует изменения скорости звука в случае температурных перепадов.

Достоинствами датчика считаются:

• Бесконтактный способ измерения.

• Точность сигнала и фиксация результатов измерения вне зависимости от типа среды и её плотности.

Среди недостатков выделяют:

• Работу ультразвуковых приборов только при нормальном атмосферном давлении.

• Конусную траекторию акустического сигнала. Он отражается не только от поверхности жидкости, но и от стенок, других приборов и элементов. Это называют рассеянием сигнала, которое можно избежать с помощью правильной установки. 

• Менее точные по сравнению с гидростатическими датчиками показатели в высоких и узких резервуарах.

• Искажение сигнала в резервуарах с постоянно перемешиваемой средой.

• Уменьшение точности показаний датчика при налёте от хранимого вещества, испарениях. Эта проблема решается правильным подбором частоты волн.

• Пересечение сигнала, излучаемого и отражаемого датчиком в зоне между устройством и средой. Чтобы избежать этого, используют модификацию, в которой одна головка прибора излучает сигнал, а другая принимает его.

Радарные датчики

Радарные датчики уровня воды, как и ультразвуковые, относятся к устройствам с бесконтактным измерением. Его принцип работы схож с предыдущим устройством. Радарный датчик оснащён антенной, которая излучает высокочастотные импульсы. Они отражаются от поверхности хранимого продукта и возвращаются к устройству. Его отличием является работоспособность в условиях вакуума, высокого давления, в резервуарах с веществами, образующими пар и пену.

Многозонные датчики

В отличие от рассматриваемых выше приборов, многозонные датчики используются для измерения температуры в резервуаре.

Многозонные датчики также называют термокосами. Они измеряют температуру в нескольких точках ёмкости. Приборы представляют собой многожильные кабели в коррозионно- и жаростойком исполнении. Высокопрочные датчики можно использовать в агрессивных средах. Для дополнительной защиты кабели помещают в трубу из нержавеющей стали.

Принцип работы многозонного датчика

По длине кабеля располагаются термопары — спаянные проводники из двух разнородных металлов, которые реагируют на изменение температуры среды и создают электрическое напряжение, пропорциональное колебанию температуры. Датчик фиксирует напряжение и на основе этих данных отображает температурные показатели.

Длина кабеля может доходить до 10 метров. Его гибкость и диаметр позволяют проводить измерения в труднодоступных местах. Количество контролируемых зон соответствует числу термопар.

Выбор датчика измерения уровня

Чтобы подобрать датчик, нужно ориентироваться на следующие факторы:

• Назначение ёмкости.

• Материал изготовления и объём резервуара.

• Состав жидкости. Примеси в воде могут влиять на точность показаний измерительного прибора.

• Необходимость подключения к автоматизированному управлению.

• Возможность контролировать максимальный, минимальный уровень, текущее состояние среды.

Правильная оценка технических и эксплуатационных характеристик помогает сузить выбор устройств до подходящих для работы в конкретных условиях.

Цена датчиков и выгода при эксплуатации

В ёмкостях для хранения воды чаще других используются поплавковые, кондуктометрические или гидростатические датчики, так как их функционала и технологии достаточно для неагрессивных жидких сред.

Поплавковые, в сравнении с другими устройствами, дают менее точные показатели и быстрее выходят из строя, поэтому применение этих датчиков в высокотехнологичных резервуарах нецелесообразно.

В резервуаре, состоящем из 4-х и менее уровней, применение гидростатических и кондуктометрических датчиков будет сравнимо по стоимости. Если требуется фиксация большего количества уровней, а также если высота резервуара более 12 м, то использование приборов первого типа будет выгоднее.

При проектировании резервуаров с использованием гидростатических датчиков следует учитывать погрешность измерения, которая может составлять 1%, 0,5% или 0,25% ВПИ — верхнего предела измерений. Эта характеристика влияет на точность фиксации уровня.

Можно использовать одновременно гидростатические и кондуктометрические датчики. Такая система контроля уровня воды в резервуаре надёжно защитит от утечек.

Заключение

Точность фиксации, цена, технология, надёжность и простота в обслуживании кондуктометрических и гидростатических датчиков стали основными преимуществами, благодаря которым они устанавливаются в РВС, в том числе в сборных стальных резервуарах FLAMAX. Устройство приборов и принципы их работы оптимальны для контроля состояния воды в ёмкостях с питьевым, противопожарным или техническим запасом жидкости.