Поплавковые методы и датчики измерения уровня

Поплавковые методы и датчики измерения уровня
13 Августа 2014

Основной элемент таких приборов - поплавок, плавающий на поверхности жидкости и перемещающийся вверх и вниз при изменениях уровня жидкости. Движение поплавка передается указателю, перемещающемуся по шкале при помощи разнообразных механизмов. Ошибки определения уровня жидкости возникают из-за отложения различных осадков на поплавке и его коррозии, так как это приводит к изменению массы поплавка.

Поплавковый датчик на тросике

Для поплавкового датчика с тросиком поплавок прикрепляется к одному концу металлического тросика, который проходит через шкив к противовесу. Когда уровень жидкости изменяется, поплавок перемещается, противовес поддерживает тугое натяжение тросика. Это заставляет двигаться тросик, который, в свою очередь, вращает вал шкива, при этом стрелка перемещается по шкале. Выбор материала поплавка зависит от агрессивности жидкости. Наиболее распространенными материалами являются: латунь, медь, никелевые сплавы или нержавеющая сталь. Поплавки обычно имеют форму сферы или цилиндра. Такие датчики могут применяться в широком температурном диапазоне, с агрессивными жидкостями, но такие устройства могут использоваться только в открытых емкостях.

Поплавковый датчик на тросике.jpg

Потенциометрический поплавковый датчик

С потенциометрического поплавкового датчика снимается выходной сигнал в виде напряжения. Поплавок размещается на одном конце поворачивающегося на оси стержня, другой конец которого соединен с ползунком потенциометра. Изменение уровня приводит поплавок в движение. Следовательно, перемещается и ползунок потенциометра по треку, и, таким образом, создается разность потенциалов на выходе датчика, связанная с уровнем жидкости. Потенциометрические датчики широко применяются для определения уровня жидкости, например такие устройства часто используются для индикации количества топлива в баках автомобилей.

Потенциометрический поплавковый датчик.jpg

Магнитный поплавковый датчик

Магнитный поплавковый датчик имеет поплавок торообразной формы из магнитного материала, который скользит вверх и вниз вокруг герметизированной от жидкости трубки. В трубке находится постоянный магнит, который может перемещаться

вверх и вниз вслед за поплавком. Этот магнит соединен с концом рычага, движение которого вверх и вниз перемещает стрелку по шкале. Преимущество такой конструкции в том, что «поплавковое» устройство внутри трубки не контактирует с жидкостью, и поэтому не требуется герметично заделывать ось поплавка. Следовательно, такие датчики особенно полезно применять для агрессивных жидкостей.

Магнитный поплавковый датчик.jpg

Датчики по перемещению

Когда предмет частично или полностью погружен в жидкость, он подвергается действию выталкивающей силы, равной весу вытесненной им жидкости (Закон Архимеда). Таким образом, изменение части предмета, погруженной ниже поверхности жидкости, приведет к изменению выталкивающей силы. Результирующая сила, действующая на такой объект, направлена вниз и равна его весу минус выталкивающая сила, и, таким образом, она зависит от глубины, на которую объект погружен в жидкость, и, следовательно, от количества вытесненной им жидкости. Для вертикального цилиндра с площадью поперечного сечения А погружение на высоту h ниже поверхности жидкости с плотностью р создает выталкивающую силу hApg. Таким образом, измеренный вес тела равен (mg - hApg), где т - масса цилиндра, g - ускорение земного притяжения. Перемещение такого датчика может быть отградуировано в зависимости от вида жидкости, так как выталкивающая сила зависит от плотности конкретной жидкости. Такие устройства могут применяться для определения границы раздела между двумя жидкостями.

Датчик с пружинными весами

Это устройство состоит из погружаемого в жидкость тела цилиндрической формы, удерживаемого пружинными весами. Когда уровень жидкости повышается, доля погруженной части тела увеличивается, и, следовательно, растет выталкивающая сила. В результате фиксируемый вес тела уменьшается при повышении уровня жидкости.

Датчик с пружинными весами.jpg

Торсионный трубчатый датчик

В торсионном трубчатом датчике уровня погружаемое тело выталкивается вверх, закручивая трубку. Величина закручивания трубки может определяться при помощи тензометрических датчиков, которые выдают на выходе электрический сигнал, пропорциональный силе выталкивания и, следовательно, измеряемому уровню жидкости. В другой разновидности такого датчика при закручивании трубки передвигается заслонка соплового устройства, в результате чего на выходе появляется пневматический сигнал.

Торсионный трубчатый датчик.jpg





Читайте также
Подразделы