Реле уровня жидкости занимается регулированием уровня, а также защиты от перелива разных емкостей, насосного оборудования от холостого хода, а также решает другие задачи. Устойство представляет собой небольшой электронный прибор в надежном корпусе, принимающий сигналы от датчиков предельного уровня. При обработке сигналов реле коммутирует выходные цепи для управления исполнительным оборудованием.
Содержание
Назначение
Реле уровня предназначено для контроля значений уровня жидкостей в разных емкостях, баках, скважинах и пр. Этот тип приборов способен выполнять следующие действия:
- сигнализировать о достижении максимального или минимального уровня;
- защищать насосное оборудование от сухого (холостого) хода;
- защищать емкости от возможного перелива при достижении жидкостями максимального уровня;
- активировать автоматическое наполнение емкостей;
- управлять исполнительным оборудованием при сливе/наливе емкостей в разных режимах.
Область применения реле
Реле контроля уровня имеют отличные эксплуатационные характеристики и высокую степень защиты. Датчики находящиеся под управлением могут работать с разными жидкостями: водой и водными растворами, кислотами и щелочами, стоками, молоком и пр. Благодаря этому использовать реле уровня можно в различных отраслях промышленности:
- пищевой;
- химической и нефтехимической;
- энергетической;
- фармацевтической;
- сельскохозяйственной и пр.
Также возможно применение в коммунальных и прочих гражданских областях, например, реле контроля уровня в скважине.
Достоинства и недостатки реле уровня
Реле уровня жидкости имеет следующие достоинства:
- высокие коммутационные способности;
- разнообразный ряд датчиков, которые можно использовать как чувствительные элементы для реле;
- простая настройка;
- высокая скорость срабатывания;
- высокая надежность.
Недостатков у этого устройства нет, но им свойственны некоторые ограничения: применение реле ограничивается чувствительным элементом, зависящим от среды.
Принцип работы
Система контроля уровня, в которой используются приборы данного типа, состоит из непосредственно реле и чувствительного элемента, который погружается в емкость. Например, чувствительный элемент является зондом, погружаемым в емкость. Между стенкой емкости и зондом находится пространство, заполненное воздухом. В момент, когда жидкость (электропроводящая) достигает зонда – контакт между зондом и стенкой замыкается, а реле переключается. Эта система представляет кондуктометрический сигнализатор уровня.
Есть более сложные системы, в которых нужен контроль нескольких значений уровня. В этом случае используются реле уровня с большим количеством электродов. Если же стенки емкости изготовлены из непроводящих материалов, у реле может быть предусмотрен конструкцией отдельный контрольный электрод.
С некоторыми видами реле могут применяться также дискретные датчики уровня, например, поплавковые магнитные, поплавковые кабельные, вибрационные, оптические и пр.
Уровнемеры и сигнализаторы
Датчики реле уровня по функционалу делятся на уровнемеры и сигнализаторы. К первым относятся датчики, предназначенные для постоянного измерения уровня жидкостей. В работе они используют определенные физические принципы, согласно которым электронный блок устройства преобразует значение уровня воды или другой жидкости в пропорциональный цифровой код или аналоговый сигнал.
К сигнализаторам относятся датчики, определяющие заданное положение уровня жидкости (ее заполнение или опустошение) в ёмкости. Они имеют дискретный (транзисторный или релейный_ выходной сигнал. Срабатывание происходит при блокировании чувствительного элемента (или освобождении) жидкостью.
Необходимый тип оборудования подбирается в зависимости от задач. Достаточно часто используются оба типа реле, например, если нужно гарантировано предотвратить холостой ход насоса, перелив воды через край или точное дозирование жидкостей, которые используются в технологическом процессе. Подходящие датчики выбирают в зависимости от параметров технологического процесса (температура, давление и пр.) и от свойств самой жидкости (электропроводность, вязкость, агрессивность).
Датчики контактные и бесконтактные
Кроме этого, реле уровня жидкостей делятся на:
- контактные - когда часть датчика или все устройство контактируют со средой;
- бесконтактные - контакта с измеряемой средой нет.
У каждого типа есть свои плюсы и минусы, и каждый имеет свою область применения в той или иной производственной сфере.
Контактные применяются в процессах, когда присутствуют какие-то факторы, затрудняющие работу оборудования. Это может быть высокая температура выше +90°С или давление больше 3 бар.
Кроме этого, именно контактные реле уровня жидкостей используют для измерения пенящихся жидкостей, к которым относятся, преимущественно, напитки - молоко, пиво, газ. вода, соки. Так как сигнал рассеивается и из-за этого велик риск получения некорректных результатов при применении бесконтактного метода измерения, уровень жидкости в узких высоких резервуарах также контролируют, используя контактные приборы.
Датчики бесконтактные применяют, когда требуется избежать пагубного влияния химических или физических свойств измеряемой жидкости. Что может негативно повлиять на работоспособность датчика и на процесс измерения? Это могут быть агрессивные жидкости (кислоты) или вязкие жидкости (нефтепродукты, сгущёнка и пр.).
И хоть именно бесконтактные реле рекомендуются для контроля агрессивных сред, но контактные приборы, изготовленные из пластиков и нержавеющих сталей, также с недавних пор стали применяться для решения этих задач.
Виды реле уровня
Давайте рассмотрим разные виды реле уровня жидкости по принципу их действия.
Поплавковое реле уровня
Средства измерения уровня поплавкового типа пользуются большой популярностью, благодаря простой конструкции, недорогой цене, и высокой точности. Основными элементами конструкции поплавковых средств измерения являются:
- поплавок;
- механизм передаточный;
- регистрирующее устройство.
Когда уровень жидкости изменяется, поплавок вместе с ней перемещается по всему диапазону измерения.
У разных производителей разработано много конструкций преобразователей. В преобладающем большинстве это сигнализаторы уровня, в которых поплавок и измерительная схема связаны механически: связь может быть жесткой (рейка, рычаг) или гибкой (трос, лента, нить).
Достаточно сложно использовать поплавковые уровнемеры с гибкой связью при измерении уровня в емкостях, работающих под давлением. Еще одна сложность возникает при работе в герметичных сосудах, так как гибкий элемент выводится через сальниковый узел, а это вызывает сопротивления, ведущие к сильным погрешностям измерения. Для таких случаев лучше использовать уровнемеры с магнитной связью между поплавком и измерительной схемой.
Принцип работы сигнализатора уровня основан на зависимости местоположения поплавка, плавающего в измеряемой среде от уровня этой среды. Когда уровень жидкости изменяется, изменяется и положение поплавка, связанного с магнитом. Второй магнит находится в герметичном корпусе. Благодаря связи магнитов, ориентированных относительно друг друга одноименными полюсами, это перемещение действует на контактное устройство через герметичную стенку. Когда жидкость достигает предельного положения закрытый контакт размыкается, а открытый замыкается.
Электрические уровнемеры
К электрическим уровнемерам относят следующие: электроконтактные, кондуктометрические и емкостные. Изменение уровня преобразуется при помощи первичного измерительного преобразователя в электросигнал, который измеряется приборами общепромышленного назначения.
Сигнализаторы электроконтактного типа работают по принципу определения участка замыкания контактов электрической электропроводной цепи при изменении уровня жидкости. Благодаря простоте конструкции и точности электроконтактные сигнализаторы уровня пользуются большим спросом.
В производственных условиях их применение ограничивается из-за существенного недостатка: при загрязнении изолятора электрода (которое может быть вызвано выпадением осадка, коррозией электрода и пр.) возникает ток утечки, приводящий к возникновению «паразитной» проводимости от сигнального электрода на постоянный по загрязненному изолятору, что может вызвать ложное срабатывание реле. Для снижения риска ложных срабатываний на изоляторе устанавливается, так называемое, "охранное кольцо". Таким образом эта проблема решаема. Сигнализаторы по этой схеме также используются при необходимости контроля уровня пенящихся жидкостей, если слой пены неуправляем и может достичь любого значения над поверхностью жидкости.
Сигнализаторы маятниковые и мембранные
Мембранные реле уровня предназначены для определения предельных уровней сыпучих материалов. Реле крепится в стенке емкости-бункера через "окно" на контролируемом уровне. Когда материал достигает этого уровня, усиливается давление на гибкую мембрану и через шарнирно установленную металлическую пластину на переключатель. Такие датчики могут быть установлены на вертикальной стенке.
Сигнализаторы маятникового типа функционируют по принципу отклонения в результате воздействия материала, поступающего в емкость-бункер, чувствительного элемента (это может быть пластинка или поплавок в виде маятника) и eгo воздействия на переключатель.
Диафрагменные реле уровня
Это самая простая и самая старая технология. Такие реле уровня устанавливаются на боковой стене емкости снаружи, используя фланец, или в верхней ее части в виде подвески. Когда увеличивается высота материала, он давит на диафрагму и включает реле. Когда уровень снижается, диафрагма возвращается в первоначальное положение.
У таких уровней есть свои плюсы. Устройства устанавливаются заподлицо, а в конструкции отсутствует выступающий в емкость датчик. В других типах реле датчик может сломаться. Это устройство хорошо подходит для текущих материалов с частицами. Вдобавок оно не требует калибровки. Однако такие приборы чувствительны к давлению: в них может повредиться диафрагма. Кроме этого, как в любых механических приборах, некоторые детали со временем изнашиваются.
Емкостные реле уровня
Реле уровня емкостного типа могут использоваться не только с жидкостями, но и с порошками и прочими сыпучими материалами. Они могут быть установлены в любом положении, а сам датчик может быть удлинен для любого измерения. Реле уровня емкостные определяют уровень жидкости по изменению емкости датчика, которая возникает от движения диэлектрических материалов между опорным уровнем и датчиком. При увеличении высоты жидкости и при ее контакте с датчиком изменяется емкость этого датчика от нормального состояния и включается реле. Когда уровень измеряемого материала уменьшается, датчик снова фиксирует изменение емкости и обратно реле возвращается в обычное состояние.
Это экономичное решение для отслеживания уровня там, где нет налипания среды и вспенивания и где не требуется особенно высокая точность измерения. Отлично подходит для работы с небольшими резервуарами. Для агрессивных сред и пищевых продуктов есть модели с пластиковым покрытием зонда.
Это не механические устройства, в них отсутствуют изнашиваемые детали, нет трения, заеданий, исключены поломки. Для них не требуется регламентное обслуживание. Эта технология удобна не только для жидкостей, но и для материалов способных образовать покрытие на датчике, так как устройства защищены от этого фактора ложных срабатываний. Они также удобны для емкостей высокого давления, когда может изменяться плотность сыпучего материала. Однако эти устройства нуждаются в калибровке.
Еще один недостаток - высокая погрешность при работе в жидких средах с низкой диэлектрической проницаемостью и невозможность работы с диэлектрическими жидкостями. Но производители смогли разработать систему для решения этих проблем. В этом случае можно рассмотреть вариант покупки емкостно-частотного сигнализатора, который благодаря современной RF-технологии и более тонкой настройке может детектировать слабопроводящие жидкости и не реагировать на пену.
Гидростатические реле уровня
Такие уровнемеры стоят так же дешево, как и емкостные, но имеют более высокую точность измерения. Вычисление уровня происходит вследствие измерения давления столба жидкости. Гидростатические датчики обычно применяются в открытых резервуарах. Они могут применяться и в закрытых емкостях, при условии, что давление воздушной среды в них будет соответствовать атмосферному, иначе уровнемер даст некорректные результаты.
Также на определение уровня может повлиять изменение плотности жидкости, поэтому нужно быть уверенным, что она останется постоянной и стабильной. Поэтому такой метод измерения не используют для определения уровня жидкостей, у которых плотность может меняться с изменением температуры (нефтехимические жидкости, радиохимическое производство). Такие датчики применяются для контроля уровня вод чистых и сточных, пищевых напитков, химических беспенных веществ. Фактически это безальтернативное решение, когда требуется измерение жидкостей в скважинах.
Вибрационные реле уровня
Это очень чувствительные реле, которые больше подходят для легких материалов. Они устанавливаются снаружи на боковой стенке емкости или на удлинительной трубе в ее верхней части. Реле уровня имеет в конструкции пъезоэлектрический кристалл, заставляющий вибрировать чувствительную вилку на ее частоте. Когда высота материала увеличивается, вилка контактирует с материалом, демпфирующим вибрацию и реле активируется. Когда уровень снижается, вилка освобождается от материала и реле возвращается в первоначальное состояние.
В калибровке вибрационные реле не нуждаются, что делает настройку и установку легкими. Однако такое устройство не подходит для образующих покрытие материалов, так как чувствительный датчик может повреждаться. Кроме этого, это достаточно дорогая технология сама по себе.
Байпасные уровнемеры
Их работа основана на известном принципе сообщающихся сосудов. Они применяются в небольших резервуарах, которые могут находиться под давлением с температурным режимом до +250 °С. Их не применяют с вязкими жидкостями.
Микроволновые уровнемеры
Устройства состоят из волновода и электронного блока. Длина волновода соответствует высоте резервуара, поэтому в высоких емкостях такие датчики не применяются. Однако это высокоточные реле и могут использоваться при тяжелых условиях (высокое давление и температура). Кроме этого, они отлично работают с пенящимися жидкостями. Можно сказать, что это универсальные уровнемеры для применения с любыми жидкостями в небольших емкостях.
Буйковые уровнемеры
Отлично подходят для работы в тяжелых условиях, когда требуется особенно высокая точность измерений. Принцип работы аналогичен поплавковым датчикам. Модели только этого типа могут работать в условиях температур до + 500 °С и при давлении рабочей среды достигающем 414 атмосфер. Используются они в химической промышленности и на нефтехранилищах. Этим обусловлена и их достаточно дорогая стоимость.
Поделиться
Сопутствующее оборудование
