31.03.21

[Домашняя]

Измерение уровня жидкости в цистернах - это непростая задача, для решения которой используют специальные метрштоки или ультразвуковые либо поплавковые уровнемеры. В статье описывается простой поплавковый уровнемер с использованием герконового датчика уровня. Как правило, при расчете количества жидких веществ в железнодорожных цистернах и других горизонтальных цилиндрических емкостях используются специальные таблицы калибровки, где приводятся данные об объемах жидкости (в литрах), соответствующих уровню жидкости в цистерне (в сантиметрах от днища). Замер уровня производится специальными метрштоками с ценой деления 1 см. Исходя из этого, можно сделать вывод, что для практических целей часто до­статочно иметь уровнемер, способный замерять уровень с ценой деления (т.е. с точностью) не ниже 1 см и снабженный удобным для считывания показаний индикатором. Предлагается простая конструкция уровнемера с цифровой индикацией, которая может быть выполнена также в виде приставки к цифровому мультиметру.

В состав комплекта уровнемера входит:

•           датчик уровня с поплавком;

•           стабилизированный источник постоянного тока;

•           регулятор напряжения питания датчика уровня;

•           блок цифровой индикации (цифровой мультиметр или цифровой вольтметр).

Предлагаемая схема уровнемера показана на рис.1.

Принцип работы уровнемера

В зависимости от размеров хранилища жидкости и рабочего интервала уровнемера выбирают длину и диаметр корпуса датчика. Материал корпуса зависит от свойств и температуры измеряемой жидкости. Для замера уровня коррозионно-активных продуктов в качестве материала корпуса и поплавка должны быть использованы устойчивые к коррозии материалы, например нержавеющая сталь, с обязательным условием отсутствия у них магнитных свойств. Внутри корпуса датчика уровня на узкой и длинной пе­чатной плате смонтированы резисторы и герконы. Длина корпуса и платы зависит от измеряемого (рабочего) интервала уровнемера. Шаг, с которым распаяны резисторы и герконы, зависит от линейных размеров герконов и требуемой точности уровнемера. Для повышения разрешающей способности датчика герконы могут быть распаяны в два, три или более ряда с необходимым смещением относительно друг друга. Все резисторы, расположенные в датчике, одного номинала (прецизионные с точностью не хуже ±1 %) соединены последовательно друг с другом (шлейфом). Начало и конец шлейфа выведены на клеммную колодку датчика. Герконы (одного типа и размера) подсоединены одним концом к общему проводнику, конец которого также выведен на клеммную колодку. Вторым концом каждый из герконов подсоединен к соответствующей точке соединения двух рядом стоящих резисторов.

Поплавок и датчик

Поплавок уровнемера (рис.2) также выполнен из немагнитного материала.

Размеры поплавка должны обеспечивать запас плавучести в измеряемой среде. Внутри корпуса поплавка закреплен отрезок тонкостенной трубы (направляющая). На дне корпуса поплавка (на трубе) закреплен кольцевой магнит. При отсутствии подходящего по размерам кольцевого магнита его можно заменить одним или несколькими магнитами другой формы. Герметичность поплавка обеспечивается сваркой, пайкой или другими способами. Размеры поплавка и размеры кольцевого магнита зависят от диаметра корпуса датчика, диаметра штуцера емкости и свойств жидкости, уровень которой измеряется. При движении поплавка по корпусу датчика в результате перемещения магнитного поля кольцевого магнита одни из герконов замыкаются, а другие размыкаются. Если к выводам шлейфа последовательно соединенных резисторов приложить стабилизированное напряжение определенной величины (в зависимости от измеряемого интервала), то с общего провода снимается часть напряжения, пропорциональная уровню измеряемой жидкости. Иначе говоря, датчик уровня, представляет делитель напряжения, управляемый магнитным полем кольцевого магнита поплавка. Фрагмент печатной платы одного из вариантов датчика (ширина платы 13 мм, герконы типа КЭМ-2) показан на рис.3, а внешний вид датчика со смонтированными герконами и резисторами - на фото.

Напряжение на выходе датчика уровня замеряется цифровым вольтметром или мультиметром со светодиодным или жидкокристаллическим индикатором.

Настройка уровнемера

Она сводится к правильной установке платы с герконами, фиксации и герметизации ее внутри корпуса датчика и самого датчика внутри хранилища. Затем производится установка величины напряжения на входе в датчик (резистором R1) или (при большой длине соединительной линии датчика) производится калибровка цифрового вольтметра. При необходимости замера уровня в хранилищах легковоспламеняющихся жидкостей применяются меры по предотвращению искрообразования в зонах повышенной опасности. Напряжение питания датчика уровня может быть выбрано в безопасных для человека пределах (2...12 В). Если несколько герконов (1-3 шт.) заменить переключающимися (например, типа КЭМ-3), расположив их в нижней и верхней части датчика, и вывести выводы от контактов (НЗ) этих герконов отдельно на клеммную колодку, то датчик можно использовать в схемах автоматики для сигнализации предельно-допустимого нижнего и верхнего уровней жидкости.

Радиоаматор №1 2017г стр. 16