ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИНЦИПА РАБОТЫ СЕНСОРОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ НА ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТАХ ДЛЯ КОНТРОЛЯ УРОВНЯ ЖИДКИХ СРЕД

АННОТАЦИЯ

Объектом исследования являются сенсоры контроля уровня жидких сред на подвижных объектах. Такие сенсоры применяются в разных отраслях промышленности и предназначены для определения уровня жидкости и отслеживания его изменения, а также определения состояния жидких сред, например, моторных масел, прошедших определенный период эксплуатации. Такой анализ способен установить тип и характер изменений уровня жидкости, что может предотвратить попытки его несанкционированного сброса, изменение уровня до критически низкого, протечки и возможность использования жидкостей в дальнейший период их эксплуатации.

Ключевые слова: сенсоры, жидкие среды, уровень, подвижные объекты, датчики, принцип работы, характеристика

В современной промышленности транспортировка жидкостей является одной из наиболее приоритетных задач. Этот вопрос касается как энергетическую отрасль (например, перевозка топлива, масел), так пищевую (например, сбор и доставка молока, воды), так и многие другие. Ввиду того, что под жидкостью подразумевается вещество, способное заполнять сосуд произвольной формы, в котором она находится, сложно переоценить необходимость контроля уровня жидкостей на подвижных объектах. Полученная информация способна давать знание не только о количестве жидкости, находящейся в резервуаре, а также и о возможных утечках, изменении состава и ее пригодности в эксплуатации.

По своим функциональным особенностям сенсоры уровня жидкостей подразделяются на уровнемеры и сигнализаторы. Уровнемерами называются сенсоры, предназначенные для непрерывного измерения уровня жидкостей. Принцип работы базируется на физических процессах, благодаря которым электронный блок сенсора преобразует полученное значение уровня жидкости в пропорциональный аналоговый сигнал или в цифровой код. [1] В свою очередь, сигнализаторы – это сенсоры, предназначенные для определения заданного положения уровня (заполнение/опустошение) жидкости в ёмкости или трубе.[1] Такие сенсоры имеют дискретный (релейный или транзисторный) выходной сигнал. Как правило, срабатывание сигнализатора происходит при блокировании или освобождении чувствительной части элемента жидкостью. Не только по функциональным особенностям, а также по типу можно поделить сенсоры на 2 группы: контактные (весь сенсор или его часть контактирует с измеряемой средой) и бесконтактные (измерение происходит без взаимодействия с жидкой средой). Каждый из этих типов имеет достоинства и недостатки и находит своё применение в той или иной области. [1]

Задачи для применения уровнемеров и сигнализаторов находятся разные, и чаще всего используют оба устройства для получения достоверных сведений. Именно комбинация датчиков позволяет предотвратить, перелив жидкости через край резервуара, позволяет осуществлять точное дозирование жидкостей в технологическом процессе и другое. Для того, чтобы определить необходимый тип устройств, оценивают не только параметры технологического процесса (рабочая температура, давление и др.), но и физико-химические свойства измеряемой жидкости (плотность, электропроводность, взрывоопасность и др.).

Помимо разделения на уровнемеры / сигнализаторы и контактные / бесконтактные, сенсоры различаются по принципу действия. На рисунке 1 изображены все возможные виды сенсоров контроля уровня жидких сред на подвижных объектах.

Рисунок 1. Разновидности датчиков уровня жидкостей

В таблице 1 приведены сенсоры, применяемые для контроля жидких сред, разделенные по типу и виду. Возможности комбинирования такого разнообразия датчиков позволяет получать достоверную информацию об уровне жидкостей в емкостях, в т.ч. и на подвижных объектах, сложных условиях работы, специальных температурных режимах, агрессивных средах и других условиях, усложняющих работу датчика.

Таблица 1.

Разнообразие сенсоров контроля уровня жидкостей [1]

Далее будут описаны наиболее распространенные сенсоры контроля уровня жидких сред, приведены их принцип работы, основные особенности применения.

Емкостные датчики уровня предназначены для контроля уровня в средах, где не возникает вспенивания и налипания жидкости на датчик и допускается незначительная погрешность результата измерения. Преимуществом использования является сниженная восприимчивость к физическим свойствам контролируемой жидкости, возможность работы с резервуарами любых размеров и с трубопроводами, возможность бесконтактного контроля через резервуары, возможность использования в помещениях с высоким уровнем влажности и запыленности. Возможными недостатками емкостных датчиков является высокая погрешность при измерении жидкостей с низкой диэлектрической проницаемостью (ε=1,5…3,0), а также отсутствие работоспособности с диэлектрическими жидкостями[1]. Однако емкостно-частотный сигнализатор, в отличие от емкостного, в виду использования RF-технологии и специфической настройке способен детектировать слабопроводящие жидкости и игнорировать наличие пены. [1]

Поплавковый сенсор является наиболее простым с конструктивной точки зрения, но является достоверным и работоспособным даже в повседневной жизни каждого человека (пример – датчик контроля воды в сливном баке унитаза). Его конструкция представляет собой поплавок и 2 магнитоконтакта в 2 отсчетных точках. Пример принципа действия такого устройства продемонстрирован на рисунке 2.

Рисунок 2 – Поплавковый сенсор в 2 состояниях (А – начальное положение, Б – в результате проведения измерений при изменении уровня жидкости).[2]

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. [2] Настройка данного сигнализатора заключается в установке необходимых уровней реагирования.

Буйковые уровнемеры предназначены для сложных условий работы, где необходима максимальная точность получаемых результатов. Принцип работы буйковых уровнемеров аналогичен поплавковым датчикам и в своей основе полагается на закон Архимеда. Такие устройства способны выдерживать сверхнизкие и крайне высокие температуры, высокое давление и все еще выдавать точный и правильный результат, что делает такие сенсоры незаменимыми в агрессивных условиях среды, но определяют высокую стоимость устройства.

Оптические сигнализаторы уровня жидкостей – это миниатюрные датчики, предназначенные для контроля уровня в небольших ёмкостях и резервуарах, находящихся под вибрацией. [2] Такие устройства находят применения на подвижных составах и транспорте, так как на получения точного результата не оказывает влияние колебательные процессы, возникающие при движении транспорта.

Большое разнообразие датчиков уровня жидкости на рынке способно решить такую проблему как утечка жидкости, несанкционированный сброс топлива, неправильное порционное деление при разработке продукта. Комбинация оптического и емкостного датчика способна давать точный результат независимо от условий использования, а также в рамках ограниченных средств.

Список литературы:

1. Датчики уровня жидкости [Электронный ресурс] / Компания РусАвтоматизация - Режим доступа: https://rusautomation.ru/datchiki_urovnya/ datchiki-urovnya-zhidkosti свободный.
2. Выбираем датчик уровня воды в резервуаре и ёмкости [Электронный ресурс] / Технический форум - Режим доступа:  https://www.asutpp.ru/vybiraem-datchik-urovnya-vody-v-rezervuare-i-emkosti.html свободный.
3. Устройство и принцип работы датчиков уровня [Электронный ресурс] / Каталог приборов и датчиков - Режим доступа: http://www.devicesearch.ru.com/article/datchiki_urovnya свободный.
4. Сигнализаторы уровня жидкости [Электронный ресурс] / Технический портал - Режим доступа: https://www.qrz.ru/schemes/contribute /digest/pobyt36.shtml свободный.
5. Датчики уровня жидкости и сыпучих материалов [Электронный ресурс] / Компания ТЕКО - Режим доступа: https://teko-com.ru/katalog/datchiki-urovnja/ свободный.