1.3. Датчики–реле уровня жидких сред

Для контроля уровня жидких сред, уровня раздела жидкостей и подачи через контактные устройства сигналов в системы автоматизации различных технологических установок и процессов предназначены датчики-реле уровня. По принципу действия они разделяются на поплавковые, мембранные, емкостные, индуктивные, радиоизотопные, фотоэлектрические, механические, а также основанные на принципе проводимости.

В зависимости от условий эксплуатации датчики-реле выпускаются для работы в помещениях с нормальной или взрывоопасной средой.

Поплавковые датчики-реле уровня. В системах автоматизации производства используются поплавковые датчики-реле для контроля уровня жидкостей, не выпадающих в осадок, не кристаллизирующихся, не разрушающих материалы деталей, соприкасающихся с исследуемой средой, а также для контроля уровня раздела двух несмешивающихся жидкостей разной плотности.

Принцип действия датчиков заключается в том, что при изменении уровня контролируемой среды поплавок через систему рычагов вызывает срабатывание выходного контактного устройства датчика.

Изготавливаются датчики двух типов: камерные (например РП-40, ПРУ-5М, ПРУ-5МИ) и бескамерные. В конструкции камерных датчиков имеется специальная поплавковая камера, которая по принципу сообщающихся сосудов соединена с контролируемой емкостью. Бескамерные датчики  рассчитаны на монтаж на стенке или крышке резервуара, в котором контролируется уровень.

**Датчики уровня поплавковые электрические типов ДПЭ-1, ДПЭ-2 и ДПЭ-3 предназначены для контроля уровня жидкостей плотностью не менее 0,75 г/см³  для ДПЭ-1 и ДПЭ-2 и 0,9 г/см³  для ДПЭ-3, не разрушающих сталь 08 КП и алюминиевый сплав АЛ-9. Устройство состоит из поплавка и корпуса, в котором расположено переключающее контактное устройство.

**Датчики ДПЭ-1 и ДПЭ-2 рассчитаны на горизонтальную установку и отличаются друг от друга поплавковым устройством. Датчик ДПЭ-3 устанавливается вертикально, поплавок и противовес крепятся на тросе. В контактном устройстве в зависимости от способа подключения предусмотрен замыкающий или размыкающий контакт. Передача перемещения поплавка для управления контактным устройством через герметическую стенку осуществляется с помощью специального магнитного устройства.

**Датчики-реле уровня двухпозиционные поплавковые типов ДРУ-1 и ДРУ-2 предназначены для контроля верхнего или нижнего уровня воды, масла и дизельного топлива. Датчик ДРУ-1 допускается использовать для контроля других жидкостей, неагрессивных к стали ОХ18Н10Т и сплаву АЛ-9, у которых кинематическая вязкость в диапазоне рабочих температур не более 20-10^-4  м²/с, а плотность 0,8—1,2 г/см³ . Корпус водозащищен. ДРУ-2 предназначен для контроля уровня жидких сред вязкостью не более 8-10^-4  м² /с на морских судах. Корпус брызгозащищен.

**Датчик предельного уровня типа ДПУ-1М предназначен для сигнализации и включения исполнительных органов при достижении поплавком датчика заданного уровня контролируемой среды (сырая нефть, пластовые воды). Основными частями датчика являются поплавок и связанный с ним микропереключатель, установленный в специальной камере. Датчик изготавливается во взрывобезопасном исполнении. Для контроля верхнего и нижнего уровней жидкостей в датчик устанавливается второй микропереключатель.

**Реле поплавковое типа РП-40 предназначено для контроля уровня неагрессивной жидкости в различного рода резервуарах. Выпускается в двух модификациях: с водомерным стеклом РП-40/1 и без водомерного стекла РП-40/2.

**Реле поплавковое РМ-51  предназначено для контроля уровня неагрессивной жидкости в резервуарах или колодцах при атмосферном давлении. Реле может применяться во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок при отсутствии тряски, вибрации и ударов.

Реле уровня полупроводниковые (например типов ПРУ-5М и ПРУ-5МИ) предназначены для контроля уровня аммиака, хладона, воды, дизельного топлива, масла и других жидкостей плотностью не менее 0,52 г/см³ в стационарных и судовых установках. Приборы состоят из первичного (ПП) и передающего (ПРП) преобразователей. В первичном преобразователе перемещение поплавка преобразуется в сигнал переменного тока с помощью катушек, включенных в мостовую схему. Изменение напряжения на катушках происходит в результате изменения их индуктивности за счет перемещения поплавка из магнитного материала. Сигнал с ПП поступает на дифференциальный усилитель ПРП с выходным электромагнитным реле. В зависимости от положения уровня контролируемой жидкости происходит срабатывание выходного реле, контакты которого могут использоваться во внешних цепях контроля и управления исполнительными механизмами.

Омические датчики-реле, работающие на принципе проводимости.

Принцип действия омических сигнализаторов основан на замыкании электрической цепи источника питания через контролируемую среду, представляющею собой участок электрической цепи, обладающей определенным омическим сопротивлением (растворы кислот и щелочей). Практически омические сигнализаторы уровня могут быть применены для сред с проводимостью 2×10^-4 СМ и выше. Прибор представляет собой электромагнитное реле, которое включается в цепь, образующуюся между электродом и контролируемым материалом. Схемы включения релейного сигнализатора уровня (рис. 9) могут быть различны в зависимости от типа объекта и числа контролируемых уровней.

Рис. 9  Схемы включения омического релейного сигнализатора уровня: а - для контроля одного уровня, б - для контроля двух уровней, в- для контроля двух уровней и емкости из изоляционного материала , г- для контроля трех уровней, у-уровень , э-электрод , р-реле, т-трансформатор.

В промышленности используются омические датчики реле типов 7В-1, БК.С-2, ДРС, СУ-102, ЭРСУ-3, ЭМСУР-2002.

**Датчик-реле раздела сред типа ДРС  предназначен для контроля уровня раздела сред «нефтепродукт—вода» в танках танкеров и других емкостях. Отсчет уровня на измерительной лепте производится по указателю. При переходе цинкового электрода из непроводящего слоя нефтепродукта в слой воды, являющейся электролитом, возникает электродвижущая сила, которая вызывает ток в замкнутой цепи: зажим «плюс» индикатора – корпуса емкости - проводящая контролируемая среда—чувствительный элемент—зажим «минус» индикатора. Наличие тока наблюдают по отклонению стрелки милливольтметра.

**Устройство, сигнализирующее многоточечное типа СУ-102  предназначено для автоматического дистанционного контроля и сигнализации состояния уровня осадка или ила в отстойниках очистных сооружений. Число точек контроля 4, 8, 12. Глубина погружения датчика до 10 м. Устройство состоит из датчика и исполнительного блока сигнализации и управления, расстояние между которыми при установке не должно превышать 600 м. Порог срабатывания по коэффициенту пропускания светового потока 3—50 %.

**Регулятор-сигнализатор уровня типа ЭРСУ-3  предназначен для сигнализации и поддержания в заданных пределах уровня электропроводных жидкостей в различных резервуарах, в том числе уровня воды в паровых котлах, а также уровня агрессивных жидкостей в травильных ваннах. Сигнализатор не рассчитан на работу в окружающей среде, содержащей едкие газы и пар, агрессивные к материалам деталей датчика (сталь 12Х18Н10Т, сплав ВТ 1-0, полиэтилен, фторопласт, слюда); во взрывоопасных помещениях; при наличии тряски, вибрации ударов; в вязких, пленкообразующих, кристаллизирующихся средах и средах, дающих твердый осадок на электроде датчика. Прибор включает в себя релейный блок и три датчика. Два датчика предназначены для поддержания уровня контролируемой среды в рабочем диапазоне, а третий — для контроля за аварийным положением уровня. Датчик контроля аварийного уровня в зависимости от конкретных условий может быть установлен либо выше датчика верхнего уровня, либо ниже датчика нижнего уровня. Возможно использование прибора для раздельного контроля нижнего, среднего и верхнего уровней. Датчики состоят из двух основных частей: корпуса и электрода, погружаемого в контролируемую среду. Электрод электрически изолирован от корпуса с помощью полиэтиленового, фторопластового или слюдяного уплотнения. Срабатывание сигнализатора происходит при соприкосновении с контролируемой средой.

**Сигнализатор уровня типа ЭМСУР-2002  предназначен для автоматического дистанционного контроля уровня не кристаллизирующихся выпадающих в осадок проводящих жидкостей. В состав сигнализатора входят два первичных преобразователя (ПП-2) и передающий релейный преобразователь (ППР-2). Конструктивно ПП-2 состоит из погружаемой и не погружаемой в контролируемую жидкость частей. Погружаемая часть представляет собой чувствительный элемент, состоящий из трех электродов (передающего, приемного и защитного),  расположенных вдоль продольной оси. В передающем преобразователе ППР-2 размещены усилители и выходные реле. Преобразователь монтируется на щите или стойке. Принцип действия сигнализатора состоит в фиксации изменения амплитуды электрического сигнала, наводимого передающим электродом ПП-2 на его приемный электрод, при взаимодействии обоих электродов с контролируемой средой. Генератором электрического сигнала является обмотка сетевого трансформатора.

  Датчики-реле уровня жидкости электрические (например типа ДУЖЭ-200М, пневматические типа ДУЖП-200М) предназначены для подачи электрического или пневматического сигналов соответственно при повышении или понижении уровня жидкости относительно заданной отметки в технологической аппаратуре, работающей под давлением. Датчик состоит из корпуса со встроенными магнитным преобразователем и контактным устройством и буйка, закрепленного на тросе. Принцип действия датчиков основан на использовании выталкивающей силы, действующей на буек. Эта сила пропорциональна глубине погружения буйка в жидкость. Изменение выталкивающей силы, происходящее при повышении или понижении уровня жидкости, вызывает пропорциональное перемещение буйка. Вместе с буйком перемещается магнитодержатель с магнитом, ориентированным относительно магнита контактной группы или заслонки. Переключение контактов ДУЖЭ-200М или закрытие сопла ДУЖП-200М происходят в результате взаимодействия магнитных полей постоянных магнитов.

**В датчике ДУЖП-200 М вместо контактной группы установлены два сопла и магнитзаслонка. Питание ДУЖП-200 М осуществляется очищенным осушенным воздухом давлением 0,14МПа. Датчик ДУЖП-200 М может обеспечивать местное регулирование уровня жидкости и подачу пневматического выходного сигнала на расстояние до 300 м.

Выходной дискретный пневматический сигнал: при значении «О» — от 0 до 0,01 мПа; при значении «1» от 0,11 до 0,14 МПа.

**В датчике ДУЖП-200 М вместо контактной группы установлены два сопла и магнитзаслонка. Питание ДУЖП-200 М осуществляется очищенным осушенным воздухом давлением 0,14МПа. Датчик ДУЖП-200 М может обеспечивать местное регулирование уровня жидкости и подачу пневматического выходного сигнала на расстояние до 300 м.

Выходной дискретный пневматический сигнал: при значении «О» — от 0 до 0,01 мПа; при значении «1» от 0,11 до 0,14 МПа.

Емкостные, индуктивные  и радиоизотопные датчики-реле уровня.  Для контроля уровня жидких, сыпучих, зерновых, кусковых материалов и контроля раздела двух сред с резко отличающимися относительными диэлектрическими проницаемостями предназначены емкостные, индуктивные и радиоизотопные датчики-реле уровня (сигнализаторы). Они состоят из одного первичного (ПП) и одного вторичного (ВПР-1) преобразователей при контроле одного уровня и двух ПП и одного вторичного (ВПР-2) преобразователей при контроле двух уровней. Преобразователь ПП конструктивно выполнен в виде емкостного или чувствительного индуктивного элемента, корпуса и электронного блока. Во вторичном преобразователе размещены выходные реле, выпрямительное устройство и клеммники для подключения внешних цепей.

*Емкостные датчики – реле.  Их работа как и емкостных уровнемеров основана на том, что диэлектрическая проницаемость водных растворов солей, кислот и щелочей отличается по диэлектрической проницаемости воздуха, либо водных паров. Функциональная схема емкостных датчиков-реле отличается от приведённой на рис.8 тем, что с электронного блока 3 сигнал поступает в релейный блок, который срабатывает при достижении определённого уровня сигнала.

В прмышленности наиболее широко используются марки емкостных индикаторов и сигнализаторов уровня ЭИУ-2  и  ЭСУВК-1.

*Принцип действия индуктивных сигнализаторов основан на изменении параметров высокочастотного колебательного контура при воздействии контролируемой среды на чувствительный индуктивный элемент. При подходе уровни контролируемой среды к чувствительному элементу ПП изменяется индуктивность чувствительного элемента, которая преобразуется в напряжение постоянного тока, управляющего работой выходного реле.

*Радиоизотопные сигнализаторы работают по принципу ослабления потока гамма квантов от излучателя контролируемым материалом. В промышленности используются сигнализаторы типов СУС, ГР. и др.

**Сигнализаторы уровня типов СУС и СУС-И  предназначены для контроля уровня жидких, сыпучих сред и контроля раздела сред: нефтепродукты — вода и других жидкостей с резко отличающимися относительными диэлектрическими проницаемостями. Допустимая нагрузка на контакты выходного реле не боле 50 Вт при постоянном токе напряжением до 250 В и не боле 500 В*А при переменном токе напряжением до 250 В частой 50 и 60 Гц.

Фотоэлектрические датчики-реле уровня. В системах автоматизации используются фотоэлектрические датчики-реле уровня, предназначенные для дистанционного контроля и сигнализации состояния уровня активного ила и управления уровнем в отстойниках очистных сооружений сточных вод предприятий коммунального хозяйства, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, химической промышленности и других отраслях. В основу работы прибора положен метод оценки изменения коэффициента пропускания светового потока контролируемой средой с помощью фотоэлектрических преобразователей. В зависимости от состояния среды, т.е. степени ее помутнения взвешенными частицами активного ила, меняется коэффициент пропускание жидкостью светового потока. Эти изменения воспринимаются чувствительными элементами датчика — фоторезисторами — и преобразуются в соответствующие электрические сигналы, используемые для сигнализации и управления.

**Сигнализатор уровня осадка активного ила типа СУФ-42 предназначен для автоматизации процессов биологической очистки сточных вод на очистных сооружениях различных предприятий и объектов коммунального хозяйства. Порог срабатывания по коэффициенту пропускания светового потока 3—50 %. Конструктивно сигнализатор выполнен в виде датчика, блока сигнализатора и соединительной коробки.

Акустические датчики-реле уровня.  Принцип действия датчиков основан на явлении отражения импульса ультразвуковых колебаний от границы раздела сред «газ—контролируемая среда». Мерой уровня при этом является время прохождения ультразвуковых колебаний от источника излучения до контролируемой границы сред и обратно. По такому принципу работает например сигнализатор уровня «ЭХО».

**Сигнализатор уровня типа «Эхо-2С» предназначен для бесконтактной автоматической дистанционной сигнализации уровня сыпучих и кусковых материалов с размером гранул 2—200 мм. Сигнализатор состоит из датчика-преобразователя акустического (АП) и преобразователя передающего (ПП). В преобразователе АП расположен пьезоэлектрический диск, работающий в режиме колебаний. Отраженные от контролируемой среды сигналы воспринимаются тем же пьезоэлектрическим преобразователем и подаются в виде электрического сигнала на вход усилителя преобразователя ПП. В преобразователе ПП по полученному сигналу определяется момент достижения контролируемым материалом заранее заданного уровня, в результате чего срабатывает исполнительное выходное реле. Реле выходного устройства имеет два переключающих контакта с коммутирующей способностью 500 ВА переменного тока частотой 50 Гц, напряжением до 250 В.