I sensori di livello del liquido nel serbatoio consentono sia di effettuare la misura in corrente della quantità di liquido riempito, sia di segnalare il raggiungimento dei suoi valori limite. Tali dispositivi sono costituiti da un sensore sensibile che risponde a determinati parametri fisici e da circuiti di misurazione, controllo e indicazione. A seconda dell'applicazione, vengono utilizzati dispositivi che differiscono nel principio di funzionamento.
Le informazioni presentate nell'articolo ti aiuteranno a conoscere i principi di funzionamento dei diversi tipi di sensori e le loro aree di applicazione. Verrà effettuata una breve rassegna dei loro vantaggi e svantaggi, verranno indicati i principali produttori che si sono affermati sul mercato.
Classificazione degli elettrodomestici
I sensori di livello del liquido nel serbatoio possono essere indicatori di livello o dispositivi di segnalazione. I primi sono progettati per la misurazione continua del livello del liquido al momento attuale.tempo. Usano sensori che funzionano su diversi principi fisici. L'ulteriore elaborazione dei segnali provenienti da essi viene effettuata da circuiti elettronici analogici o digitali che fanno parte degli indicatori di livello. Gli indicatori ottenuti vengono visualizzati sugli elementi del display.
I dispositivi di segnalazione avvertono del raggiungimento di un certo valore del livello del liquido nel serbatoio, preimpostato dagli elementi di taratura. Il loro altro nome è sensori di livello dell'acqua nel serbatoio per interromperne l'ulteriore alimentazione. Il loro segnale di uscita è discreto. L'avviso può essere emesso sotto forma di allarme luminoso o sonoro. In questo caso il funzionamento dei sistemi di riempimento o scarico viene automaticamente bloccato.
Metodi di misurazione del livello
A seconda delle proprietà del liquido da misurare nel serbatoio, vengono utilizzati i seguenti metodi di misurazione:
- contatto, in cui il sensore di livello del liquido nel serbatoio o parte di esso interagisce direttamente con il mezzo misurato;
- senza contatto, evitando l'interazione diretta del sensore con il liquido (a causa delle sue proprietà aggressive o dell'elevata viscosità).
I dispositivi di contatto si trovano nel serbatoio direttamente sulla superficie del liquido misurato (galleggia), nella sua profondità (manometri idrostatici) o sulla parete del serbatoio ad una certa altezza (condensatori a piastre). Per i contatori senza contatto (radar, ultrasuoni) è necessario prevedere una zona di visibilità diretta della superficie del liquido misurato e l'assenza di contatto diretto conlei.
Principi operativi
Sia gli indicatori di livello che i dispositivi di segnalazione utilizzano principi di funzionamento diversi per svolgere le loro funzioni. I seguenti tipi di dispositivi sono i più utilizzati:
- sensori di galleggiamento per il livello del liquido nel serbatoio;
- capacitivo;
- sensori idrostatici di livello del liquido;
- dispositivi di tipo radar;
- sensori a ultrasuoni.
Float, a sua volta, può essere meccanico, discreto e magnetostrittivo. I primi tre gruppi di sensori includono dispositivi che utilizzano il metodo di misurazione a contatto, gli altri due sono dispositivi senza contatto.
Interruttori a galleggiante meccanici
Un leggero galleggiante, costantemente sulla superficie del liquido nel serbatoio, è collegato tramite un sistema di leve meccaniche al terminale centrale del potenziometro, che è il braccio del ponte di resistenza. Con una quantità minima di liquido nel serbatoio, il ponte è considerato bilanciato. Non c'è tensione nella sua diagonale di misurazione.
Quando il serbatoio si riempie, il galleggiante controlla la posizione del livello del liquido spostando il contatto mobile del potenziometro attraverso il sistema di leve. La modifica della resistenza del potenziometro porta a una violazione dello stato equilibrato del ponte. La tensione che compare nella sua diagonale di misura viene utilizzata dal circuito elettronico del sistema di visualizzazione. Le sue letture analogiche o digitali corrispondono alla quantità di liquido nel serbatoio in quel momento.
Interruttori a galleggiante discreti
Segnale discreto sotto forma di circuitooppure l'apertura dei contatti dell'interruttore reed è utilizzata dal circuito elettronico di indicazione e segnalazione per segnalare che il livello del liquido nel serbatoio ha raggiunto un certo valore. I contatti metallici, realizzati in un materiale con una bassa resistenza di contatto quando sono chiusi, sono inseriti in un bulbo cavo di vetro isolante.
Il sensore di livello dell'acqua nel serbatoio con un'uscita discreta incorpora una guida a forma di tubo cavo in cui non entra il liquido dal serbatoio. I contatti di uno o più relè reed sono fissati all'interno della guida. La loro posizione dipende dal caso in cui sia necessario ricevere un allarme quando il livello del liquido raggiunge il valore impostato.
Il galleggiante del sensore con un piccolo magnete permanente incorporato si muove lungo la guida quando il livello del liquido nel serbatoio cambia. Il funzionamento del gruppo di contatti avviene nel momento in cui entra nel campo magnetico del magnete permanente del galleggiante. Il segnale attraverso i fili collegati ai contatti del sensore di livello dell'acqua nel serbatoio dell'interruttore reed va al circuito di allarme.
Sensori di galleggiamento magnetostrittivi
I sensori di questo tipo forniscono un segnale costante a seconda del livello del liquido nel serbatoio. L'elemento principale, come nel caso precedente, è un galleggiante con all'interno un magnete permanente, che prende posizione sulla superficie del liquido e si muove su un piano verticale lungo la guida.
La cavità interna della guida, isolata dal liquido, è occupata da una guida d'onda. È fatto di magnetostrittivoMateriale. Nella parte inferiore dell'elemento c'è una sorgente di impulsi di corrente che si propagano lungo di esso.
Quando l'impulso irradiato raggiunge la posizione del galleggiante con il magnete, due campi magnetici interagiscono. Il risultato di questa interazione è il verificarsi di vibrazioni meccaniche che si propagano lungo la guida d'onda.
Un elemento piezoelettrico è fissato accanto al generatore di impulsi, che cattura le vibrazioni meccaniche. Un circuito elettronico esterno analizza il ritardo tra gli impulsi emessi e ricevuti e calcola la distanza dal galleggiante, che si trova costantemente sulla superficie del liquido. Il circuito di indicazione riporta costantemente il livello del liquido nel serbatoio.
Sensori capacitivi
Il funzionamento di sensori di questo tipo si basa sulla proprietà di un condensatore di cambiare la sua capacità elettrica quando cambia la costante dielettrica del materiale che riempie lo spazio tra le sue piastre. Vengono utilizzati condensatori coassiali, che sono una coppia di cilindri metallici cavi coassiali di diverso diametro.
Questi ultimi sono piastre di condensatori, tra le quali il liquido può penetrare liberamente. Le costanti dielettriche dell'aria e del mezzo liquido hanno valori diversi. Il riempimento del serbatoio comporta una variazione del valore della costante dielettrica totale del condensatore coassiale e, di conseguenza, della sua capacità elettrica.
Frequenza del circuito oscillatorio, inil circuito a cui è collegato il condensatore cambia in proporzione alla variazione della sua capacità. Il convertitore elettronico frequenza/tensione monitora questa variazione e visualizza un valore proporzionale al grado di riempimento del serbatoio.
Sensori idrostatici
Un altro nome per un tale dispositivo è un rilevatore o un trasduttore di pressione. Possono essere fissi, fissati sul fondo del serbatoio pieno di liquido o portatili. In quest'ultimo caso i trasduttori di pressione sono dotati di un cavo di notevole lunghezza. Ciò consente loro di essere utilizzati per serbatoi di diverse dimensioni geometriche.
L'elemento sensibile di un sensore idrostatico è una membrana che percepisce la pressione di una colonna di liquido sopra di essa. La sua regolazione avviene in modo tale che la pressione atmosferica non comporti la deformazione della membrana. La pressione nel punto di misurazione può essere utilizzata per determinare l' altezza della colonna di liquido o il grado di riempimento del serbatoio.
La quantità di deformazione della membrana viene convertita in un valore elettrico proporzionale, che viene quindi utilizzato per visualizzare il livello del liquido nel serbatoio. Vengono applicate correzioni che tengono conto della densità del mezzo misurato e dell'accelerazione di gravità nel punto di misurazione.
Sensori di tipo radar
Il sensore di livello del liquido nel serbatoio utilizza un metodo di misurazione senza contatto basato sulle proprietà di questo mezzo di qualsiasi densitàe viscosità per riflettere il segnale elettrico. La frequenza del segnale emesso da un radar posizionato sopra la superficie del livello del liquido misurato cambia secondo una legge lineare.
Riflesso dalla superficie, arriva al dispositivo ricevente con un ritardo determinato dalla lunghezza del percorso percorso. Quindi, c'è una differenza tra le frequenze dei due segnali. In base all'entità dello spostamento di frequenza, il dispositivo di analisi del localizzatore determina il percorso percorso dal segnale o il livello del liquido riflettente rispetto alla posizione del radar.
Sensori di livello a ultrasuoni
Lo schema di misura utilizzato per sensori di questo tipo corrisponde a quello discusso nella sezione precedente dell'articolo. Il metodo di misurazione della posizione viene applicato nella gamma di lunghezze d'onda degli ultrasuoni.
I dati ricevuti determinano la differenza di tempo tra il trasmettitore emesso ei segnali ricevuti dal ricevitore. Utilizzando i dati sulla velocità di propagazione degli ultrasuoni nello spazio sopra la superficie del liquido, il dispositivo di analisi determina la distanza percorsa dal segnale, ovvero il livello del liquido nel serbatoio.
Breve panoramica dei produttori
I sensori di livello del liquido nel serbatoio "ARIES" consentono di effettuare le misurazioni necessarie ad alto livello. La pubblicità dei loro prodotti può essere trovata su molti siti esteri.
Merita attenzione per i prodotti dello sviluppatore e produttore nazionale L-CARD, inclusi nel registro statale degli strumenti di misura. Alta Group, presente sul mercato russo da più di 10 anni, lo ha fattofeedback positivo ben meritato.
Conclusione
I sensori di livello del liquido nel serbatoio devono essere selezionati in base alle condizioni del loro utilizzo, alle proprietà dei liquidi, agli indicatori di precisione della misurazione richiesti. Le letture più accurate possono essere ottenute utilizzando sensori di tipo radar, misuratori magnetostrittivi.
Va ricordato che la precisione assoluta richiede costi dei materiali più elevati. I sensori di galleggiamento ei dispositivi di segnalazione sono i dispositivi più semplici, ma il loro utilizzo è limitato dalle condizioni di vibrazione dovute alla formazione di schiuma del liquido, alla sua viscosità e all'aggressività del mezzo.
La soluzione ottimale, in base al rapporto qualità/prezzo, è l'utilizzo di sensori idrostatici e capacitivi, soggetti alle restrizioni imposte alle proprietà del fluido misurato.
