Поплавковые уровнемеры устройство и принцип действия

Самыми простыми уровнемерами для жидких сред любых видов являются поплавковые уровнемеры. Устройства определяют уровень жидкости благодаря расположению входящего в состав конструкции чувствительного элемента.

Такой уровнемер представляет собой измеритель перемещения поплавка находящегося в жидкости, за уровнем которой нужно следить. Уровнемеры поплавковые используются преимущественно для определения уровней в крупных резервуарах с низким давлением. Их нельзя применять в емкостях заполненных вязкими веществами (смолами, мазутами, дизелем) и криогенными жидкостями, в которых происходит активное кипение верхнего слоя провоцирующее вибрацию поплавка, приводящую к искажению результатов.

Уровнемеры поплавковые ценятся за точность, простоту конструкции и высокую степень повторяемости. От некоторых других измерительных устройств они отличаются независимостью показателей от химического состояния жидкости. Однако есть одна особенность - точность поплавкового уровнемера изменяется при колебаниях в жидкости, то есть любые случайные вибрации, например, плескания, могут исказить показания. Еще один плюс поплавковых уровнемеров жидкости - дешевая цена.

Устройство поплавкового уровнемера

Уровнемер поплавковый, условно говоря, делится на блока: одна часть устройства (измерительная) погружена в рабочую среду - жидкость, другая находится над поверхностью жидкости:

• в воде находится поплавок – пустотелый элемент, на который действует выталкивающая сила;
• над водой располагается устройство обрабатывающее сигнал. Оно фиксирует вертикальные перемещения поплавка и в режиме реального времени передает показания движения на различные устройства.

Такого устройство поплавковых уровнемеров, благодаря которому осуществляется непрерывное и постоянное измерение уровня жидкости, проводится сигнализация по контрольным точкам, если объем жидкости в резервуаре достиг заданного объема. 

Виды уровнемеров поплавкового типа

По отличиям конструкции можно выделить следующие типы уровнемеров:

1. Узкого диапазона - это устройства, состоящие из шарикообразного поплавка, соединенного через штангу и сальник с преобразователем перемещений в унифицированный электро- или пневмосигнал. Стандартный поплавок диаметром 80 - 100 мм изготовлен из нержавейки и плавает на поверхности жидкости.
2. Широкого диапазона это устройства, в которых поплавок соединен через гибкий трос с противовесом и расчетным устройством, которое указывает показатель уровня жидкости в резервуаре.

Рассчитывая уровнемеры поплавкового типа подбирают такой конструктив поплавка, который может обеспечить состояние равновесия системы «поплавок - противовес» лишь при достижении определенной глубины погружения элемента поплавка.

Какие поплавковых уровнемеров типы существуют и как устройство поплавкового уровнемера влияет на принцип работы поплавковых уровнемеров. Давайте рассмотрим более внимательно:

1. Поплавковые уровнемеры магнитные: поплавок взаимодействует с магнитом. Система регистрирует любое его отклонение от магнита как изменение уровня.
2. Поплавковые уровнемеры жидкости магнитострикционные: поплавок с расположенным внутри постоянным магнитом перемещается вдоль волновода - полого стержня с натянутой внутри проволокой из магнито-стрикционного материала. В волновод подаются импульсы тока. В месте нахождения магнита при взаимодействии тока с магнитным полем возникают импульсы, регистрируемые пьезоэлементом вверху стержня. В этой схеме регистрируется только время прохождения импульса, а расчет проводится вручную.
3. Механические поплавковые уровнемеры: в этой конструкции поплавок контактирует с механическим переключателем и открывает/ закрывает его своим воздействием. Механические поплавковые уровнемеры работают по закону сообщающихся сосудов.

Принцип работы

Плавучесть — это сила направленная вверх и выталкивающая предмет погруженный в жидкость. На любой предмет, который находится в жидкости действует подъемная сила, соответствующая по величине весу вытесняемой жидкости.

Сигналы перемещения уровнемера при его подъеме или снижении из-за изменения уровня жидкости трансформируются в показания уровня при помощи различных устройств - это могут быть откалиброванные стержни, ленты, рычажные соединения, шкивы и противовесы, стрелки-указатели.

Стержень со шкалой и стрелкой-указателем монтируются снаружи резервуара. Поплавок закрепляется внизу стержня. Механизм в самой простой конструкции может быть виден через отверстие с крышкой, сверху резервуара. Изменение положения поплавка фиксируется как смещение стрелки по шкале. 

Существует достаточно много разных схем поплавковых уровнемеров. Например, поплавок может быть подсоединен прямо к индикаторной стрелке через рычажное соединение. Также механическое соединение выводится прямо на стрелку на индикаторе. При подъеме и опускании поплавка в резервуаре рычажная передача двигает стрелку вдоль шкалы размещенной на индикаторе.

Особенности измерения

Идеальный вариант для измерения поплавковым уровнемером - однородная жидкость. Поплавок погруженный в однородную жидкость будет погружаться одинаково в любом месте. Однако такая среда встречается не всегда. При изменении на каком-то участке плотности жидкости объем погруженной части поплавка уровнемера меняется, из-за чего появляется погрешность в измерении. Для большей точности измерений поплавок изготавливают из легкого материала или стараются сделать поперечное сечение больше. Уменьшение осадки поплавка приводит к более точным измерениям. Если нужно измерить двухфазную жидкость применяют конструкцию с двумя поплавками.  

Традиционно поплавок связан с уровнемером гибкой механической связью. Масса поплавка не должна быть особенно маленькой, так как необходимо обеспечить достаточное натяжение для того, чтобы уровнемер хорошо определил положение. Вместе с тем, поплавок не должен быть особенно крупным - иначе вместе с его размерами потребуется увеличивать всю конструкцию поплавкового уровнемера, что также нежелательно. Именно эти ограничения определяют размер поплавка, его форму, материал изготовления. 

Как выбрать уровнемер

Если измеряемая жидкость имеет невысокую температуру, в ней нет высокого давления или разрежения, применяют классические поплавковые уровнемеры УДУ. Единственный недостаток таких конструкций - невысокая герметизация резервуара. Уровнемер УДУ может с точностью до 4мм измерить уровень жидкости в емкости глубиной до 20 м, в интервале температур от -50 град. до +50 град. Примером таких жидкостей являются разнообразные нефтепродукты.

Если температура жидкости и давление превышают указанные значения, нужно использовать поплавковые уровнемеры ПМП с магнитными преобразователями, которые могут определить положение поплавка на глубине от 0,5 м. до 6 м. с точностью до 5 мм.

Область применения уровнемеров-поплавков крайне широка. Они позволяют измерить уровень жидкости в емкостях, баках, коллекторах, отстойниках и даже водохранилищах и каналах.