Методы непрерывного измерения уровня. Физический принцип

 

 

Как отмечалось ранее, при  управлении технологическими процессами в резервуарах хранилищах предприятий  химической, нефтехимической, фармацевтической или пищевой отраслей промышленности в применениях, связанных с охраной  окружающей среды, уровень жидкостей  или взвесей определяется по давлению, оказываемому ими на первичный измерительный  преобразователь. Широко используемые в перечисленных отраслях датчики  гидростатического давления серии Barcon позволяют строить надёжные и недорогие измерительные системы, отличающиеся разнообразными гибкими  возможностями. Основным элементом  этих датчиков является первичный измерительный  преобразователь. Керамические или  металлические мембранные преобразователи (рис. 4) разнообразные способы монтажа на резервуары, многочисленные варианты конструкции корпусов датчиков, выполненных из разных материалов, обеспечивают многообразие изделий серии Barcon.

Рис. 4. Мембранные преобразователи датчиков Barcon

Для данных устройств могут  быть реализованы различные способы  электрических подключений, в том  числе на базе сетевых протоколов PROFIBUS PA или HART. Всё это позволяет  создавать специальные измерительные  приборы для решения конкретных задач заказчика. Варианты установки датчиков гидростатического давления LHC показаны  на рис. 5.

Рис. 5. Примеры  вариантов установки датчиков гидростатического  давления серии LHC

 

 

 

 

 

 

 

Общие технические  данные датчиков серии Barcon

Датчики с керамическим измерительным  элементом: керамический ёмкостный первичный измерительный преобразователь; диапазон измерений от 100 мбар до 40 бар;  герметизированы с защитой от перегрузки;  соответствуют высоким санитарно-гигиеническим требованиям; могут работать в коррозионных и абразивных средах.

Датчики с металлическим  измерительным элементом:

• сварной пьезорезистивный  металлический преобразователь;
• диапазон измерений от 1 до 400 бар;
• защита от перегрузки до 600 бар.

Точность измерения:

• не хуже 0,2% установленного диапазона; возможность установки диапазона измерения с диапазоном изменения в соотношении 10:1;
•   долговременная нестабильность менее 0,3% диапазона за год.

Двухпроводной измерительный преобразователь  с дисплеем (рис. 6): 

• унифицированный токовый сигнал 4…20 мА;
• совместимость с HART протоколом; 
• PROFIBUS_PA.

 

 

Рис. 6. Датчик LHC-M40 серии Barcon

 с установленным дисплеем

 

Корпуса из нержавеющей стали  и алюминия. Монтаж и установка  посредством резьбовых соединений типа G 1/2", 1/2" NPT, M20x1,5, стандартных и удлинённых фланцев, соединителей с герметизирующей мембраной для применений в условиях высоких санитарно-гигиенических требований. Сертификаты для моделей во взрывозащищённом исполнении: EEx ia/Class I/Div.1. Разнообразие моделей изделий серии Barcon представлено в табл. 4.

Таблица 4. Технические  характеристики датчиков давления серии Barcon

 

Модель	PPC-M20	LНC-M20	PPC-M10	LHC-M40
Диапазон измерения	Датчики с керамическим измерительным  элементом 100 мбар…40 бар		Датчики с металическим измерительным  элементом 1 бар…400 бар
Корпус	Алюминиевый или из нержавеющей  стали без дисплея (сплошная оболочка) и с дисплеем (оболочка со стеклянной вставкой)
Способ крепежа	Резьбовые соединения: G 1/2” 1/2” NPT M20×1,5	Нерезьбовые соединения: _ в соответствии с санитарно  гигиеническими нормами  и требованиями _ фланцы по DIN/ANSI/JIS	Резьбовые соединения: _ G 1/2” (монтаж «заподлицо») _ G 1/2” (монтаж «утопленный» с герметизирующей мембраной) _ 1/2” NPT	Соединения для условий повышенного давления: _ фланцы по DIN/ANSI/JIS _ фланцы удлинённые _ резьбовые соединители
Электронная часть	Аналоговая (унифицированный  токовый сигнал 4…20 мА) SMART (интеллектуальный датчик) с выходом 4…20 мА/HART PROFIBUS PA
Cертификаты	ATEX 100 EEx ia, FM, CSA, для установки  в зонах классов 21 и 22, 3A, EHEDG

 

 

 

 

 

 

 

Простой принцип действия, гибкость установки соответствующего оборудования и отсутствие необходимости  в его обслуживании, а также  относительно низкая стоимость являются важными факторами в пользу широкого применения метода. Суммируя приведённые  данные, можно сформулировать и другие достоинства и преимущества метода направленного электромагнитного излучения.

Ультразвуковые  датчики серии LUC4

 

Внешний вид УЗК-датчика LUC4T

 

УЗК датчики серии LUC4 специально разработаны для измерения уровня как жидкостей, так и сыпучих  материалов. Тефлоновое покрытие корпуса  датчика позволяет применять  датчик с коррозионными жидкостями. Маскирование стационарных объектов даёт возможность устанавливать датчик в местах, где подпорки или другие элементы внутренней конструкции резервуара попадают в зону измерения. Проиллюстрируем  это примером. В резервуаре имеется  скоба, которая формирует паразитный эхосигнал (рис. 8).

Рис. 8. Подавление эхо-сигнала от стационарного объекта

в резервуаре

Без его подавления результаты измерения будут неточными. Рекомендуется  следующий алгоритм:

1)калибровка датчика вне  резервуара с имитацией пустого  резервуара,

2)подавление эхо сигнала  от стационарного объекта в рабочем положении,

3)калибровка датчика в  рабочем  положении при заполненном  резервуаре.

Подавление паразитного  сигнала уменьшает мощность полезного  сигнала, и в некоторых случаях  приходится оценивать это уменьшение, чтобы не потерять полезный сигнал.

 Датчик также оснащён средствами для компенсации влияния изменений температуры. Кроме того, можно установить внешние зонды, которые контролируют температуру измеряемой поверхности независимо от условий в месте монтажа датчика, что минимизирует погрешности, вызванные температурными колебаниями. Основные технические характеристики датчиков серии LUC4 приведены в таблице 7.

Таблица 7. Технические  характеристики LUC4

Диапазон измерения	0,3…4 м (для жидкостей)
Точность	0,5% от полного диапазона  измерения
Разрешающая способность	2 мм
Напряжение питания  постоянного тока	10…30 В
Выходной сигнал	Унифицированный токовый 4…20 мА (R<500 Ом), 0…10 В (R>1 кОм)
Индикаторы: рабочий режим отказ	зелёный светодиод красный светодиод (мерцание с частотой 2 Гц)
Допустимая температура  окружающей среды	–25…+70°С
Допустимая температура  хранения	–40…+85°С
Допустимая температура  контролируемой среды	–25…+70°С
Рабочее давление	Атмосферное
Материал корпуса	Полибутентерефталат (PBT)
Материал поверхности  мембраны	Политетрафторэтилен (PTFE)
Способ крепежа	Резьбовое соединение G 1/2” A, нержавеющая сталь Резьбовое соединение G 1/2” A, полипропилен Резьбовое соединение 1 1/2” NPT, нержавеющая сталь Резьбовое соединение 1 1/2” NPT, полипропилен
Степень защиты	IP55

 

Ультразвуковые датчики серии LUC-T

Компактные УЗК датчики  серии LUC_T (рис. 9) предназначены для  бесконтактного измерения уровня жидкостей  и насыпных твёрдых сред.

 

Рис. 9. Датчики  серии LUC-T

Серия LUC-T включает в себя три типа датчиков с различными видами электрических выходов (2- или 4-проводное подключение) и диапазонами измерения расстояния до уровня раздела сред, начиная с 0,25 м.

LUC-Txx-x5: в случае 4-проводного подключения при измерении с размерами структурных компонентов материала от 4 мм гарантированный диапазон измерения составляет до 2 м, при измерении уровня жидкостей — до 5 м (2-проводное подключение с питанием через информационный канал — до 4 м).

LUC-Txx-x6: в случае 4-проводного подключения при измерении уровня

сыпучих материалов с размерами  структурных компонентов материала  от 4 мм гарантированный диапазон  измерения составляет до 3,5 м, при измерении уровня жидкостей — до 8 м (2-проводное подключение с питанием через информационный канал — до 7 м).

LUC-T30 (только 4-проводное подключение): гарантированный диапазон измерения при определении уровня сыпучих материалов с размерами структурных компонентов материала от 4 мм составляет до 7 м, при измерении уровня жидкостей — до 15 м.

Все датчики имеют встроенную систему компенсации влияния  температурных колебаний на результаты измерений. 

Приведём главные особенности  датчиков LUC-T.

• Оптимизированный набор способов крепежа: резьбовое соединение типа G 1/2" или 11/2" NPT.
• Возможность считывания статуса датчика посредством светодиодных индикаторов.

Различные варианты исполнения выходов 

LUC-T10: 2-проводной выход с питанием через информационный канал, маркировка взрывозащиты EEx ia/ATEX II 2G;

LUC-T20: 2-проводной выход с питанием через информационный канал или 4-проводное подключение;

LUC-T30: 4-проводной выход, маркировка взрывозащиты ATEX II 1/3 G для установки в зоне класса 10 (горючие пыли или волокна).

• Возможность считывания показаний датчика в месте его установки с дисплея (поставляется по дополни тельному заказу).
• Совместимость с HART протоколом для удалённой настройки датчиков. Поддержка цифровой промышленной коммуникационной сети PROFIBUS-PA. На рис. 10. Показаны способы установки и подключения УЗК датчиков серии LUC-T.

Рис. 10. Установка и подключение  УЗК-датчиков серии LUC-T

 Датчики совместимы с протоколами сетей HART и PROFIBUS-PA и могут конфигурироваться посредством программного обеспечения PACTware (Process Automation Configuration Tool) фирмы Pepperl+Fuchs. Основные технические характеристики изделий данной серии отражает табл. 8.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 8. Технические  характеристики LUC-T

Диапазон измерения  расстояния до поверхности  жидкости	LUC Txx x5: 0,25…4 м, при 4 проводном подключении 0,25…5 м LUC Txx x6: 0,4…7 м, при 4 проводном подключении 0,4…8 м LUC T30: 0,6…15 м
Диапазон частот излучения	LUC Txx x5: примерно 70 кГц LUC Txx x6: примерно 50 кГц LUC T30: примерно 35 кГц Частота импульсов от 0,5 до 3 Гц (зависит от типов датчика  и его выхода)
Время включения	Около 5 с для 2 проводного подключения Около 1 с для 4 проводного подключения
Точность	0,25% от полного диапазона  измерения
Гистерезис	3 мм для 2 проводного подключения 2 мм для 4 проводного подключения
Диапазон рабочих  температур только для  электронной части	–20…+60°С
Диапазон температур хранения	–40…+80°С
Взрывозащита	LUC T10 (2 проводной взрывозащищённый выход): маркировка взрыво  защиты EEx ia IIC T6, установка  в зоне класса 1 LUC T20 (2 проводной и 4 проводной стандартный выход): без взрывозащиты LUC T30 (4 проводный выход): установка в зоне класса 10 (образование горючей  пыли или волокон)
Допустимая температура поверхности контролируемой среды	–40…+80°С
Допустимое давление в зоне измерения	LUC T10, LUC T20: 3 бар LUC T30 (крепление при помощи фланцев или скоб): 2,5 бар

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица. 9. Технические  характеристики датчиков Pulscon

Измерение уровня насыпных материалов (используется тросовый зонд диаметром 4 мм)
Диапазон измерения	1…20 м
Рабочее давление	Вакуум…16 бар
Допустимая температура  измеряемого вещества Допустимая температура  окружающей среды	–40…+150°С –40…+80°С
Способ крепежа	Резьбовое соединение G 1/2”, 11/2” NPT, фланцевые соединения по DN50/ANSI2”
Прочность на разрыв троссового зонда (4 мм)	15 кН
Минимальная диэлектрическая  постоянная измеряемого вещества	1,6
Допустимый размер структурных компонентов сыпучих материалов (гранул)	До 20 мм (макс.)
Точность измерения	±10 мм
Питание: 2-проводное исполнение  датчика 4-проводное исполнение  датчика	16…36 В постоянного тока (стандартное исполнение); 16…30 В постоянного тока (искробезопасное исполнение) 85…250 В переменного тока (50/60 Гц); 10,8…36 В постоянного тока
Выходной сигнал	Токовый 4…20 мА/HART (2 или 4 проводная линия связи)/PACTware PROFIBUS PA/PACTware Foundation Fieldbus
Измерение уровня жидкостей (используется стержневой или  коаксиальный зонд)
Диапазон измерения	0,3…4 м
Допустимая температура  измеряемого вещества Допустимая температура  окружающей среды	–40…+150°С –40…+80°С
Способ крепежа	Резьбовое соединение от G 3/4”, 3/4” NPT, фланцевые соединения по DIN50/ANSI2”
Герметизирующий материал	Уплотнительное кольцо из Viton/EPDM/Kalrez
Минимальная диэлектрическая  постоянная измеряемого вещества	1,6 (стержневой зонд) 1,4 (коаксиальный зонд)
Точность измерения	±5 мм
Питание: 2-проводное исполнение  датчика 4-проводное исполнение  датчика	16…36 В постоянного тока (стандартное исполнение); 16…30 В постоянного тока (искробезопасное исполнение) 85…250 В переменного тока (50/60 Гц); 10,8…36 В постоянного тока
Выходной сигнал	Токовый 4…20 мА/HART (2 или 4 проводная линия связи)/PACTware PROFIBUS PA/PACTware Foundation Fieldbus