Магнитный датчик уровня воды

Большую емкость для воды на даче или приусадебном участке можно использовать для полива или водоснабжения дома. При ее наполнении нет необходимости постоянно забираться вверх по лестнице и целый день следить за уровнем — это вполне могут сделать электронные датчики.

Область применения датчиков уровня воды

• Продвинутые дачные и фермерские хозяйства, занимающиеся выращиванием плодоовощной продукции, в своей работе используют системы полива наподобие капельной. Для обеспечения автоматической работы поливочного оборудования конструкция требует наличия большой емкости для сбора и хранения воды. Ее заполнение обычно производят погружными водяными насосами в скважине, при этом требуется отслеживать уровень давления воды для насоса и ее количество в водосборном баке. В этом случае необходимо управлять работой насоса, то есть включать его при достижении определенного уровня воды в накопительной емкости и отключать в случае полного заполнения водяного бака. Эти функции можно реализовать с помощью поплавковых датчиков.

Рис. 1 Принцип действия поплавкового датчика уровня (ПДУ)

• Большой накопительный бак для воды может потребоваться и для водоснабжения дома, если дебит водозаборной емкости очень мал или производительность самого насоса не может обеспечить потребление воды, соответствующее необходимому уровню. В этом случае устройства контроля уровня жидкости для автоматической работы системы водоснабжения также необходимы.
• Систему контроля за уровнем жидкости можно использовать и при работе с устройствами, в которых отсутствует защита от сухого хода скважинного насоса, датчик давления воды или поплавковый выключатель при откачивании грунтовых вод из подвалов и помещений с уровнем ниже поверхности земли.

Виды датчиков уровня воды

Все датчики уровня воды для управления насосом можно разделить на две большие группы: контактные и бесконтактные. Бесконтактные способы в основном используются в промышленном производстве и делятся на оптические, магнитные, емкостные, ультразвуковые и т.п. виды. Датчики устанавливаются на стенки водяных баков или непосредственно погружаются в контролируемые жидкости, электронные компоненты помещены в шкаф управления.

Рис. 3 Вертикальные и горизонтальные герконовые датчики

Устройство герконового переключателя

Основной исполнительный элемент герконового датчика — герконовый выключатель. Устройство представляет собой маленький стеклянный баллон, наполненный инертным газом или с откачанным воздухом. Газ или вакуум препятствуют образованию искр и окислению контактной группы. Внутри колбы находятся замкнутые контакты из ферромагнитного сплава прямоугольного сечения (пермаллоевая проволока) с золотым или серебряным напылением. При попадании в магнитный поток контакты герконового переключателя намагничиваются и отталкиваются друг от друга — происходит размыкание цепи, по которой течет электрический ток.

Схема подключения герконового датчика уровня воды

Герконовые переключатели являются маломощными устройствами и неспособны коммутировать большие токи, поэтому они не могут быть использованы непосредственно для отключения и включения насоса. Обычно они задействованы в низковольтной схеме коммутации работы мощного реле насоса, помещенной в шкаф управления.

На рисунке представлена простейшая схема с датчиком, реализующая управление дренажным насосом в зависимости от водного уровня при откачке, состоящая из двух герконов SV1 и SV2.

При достижении жидкостью верхнего уровня магнит с поплавком включает верхний геркон SV1 и на катушку реле P1 подается напряжение. Ее контакты замыкаются, происходит параллельное подключение к геркону и реле самозахватывается.

Функция самозахватывания не дает возможность отключиться питанию катушки реле при размыкании контактов включающей кнопки (в нашем случае это геркон SV1). Это происходит в том случае, если нагрузка реле и его катушка подключены в одну цепь.

Напряжение поступает на катушку мощного реле в цепи электропитания насоса, его контакты замыкаются и электронасос начинает работать. При падении уровня воды и достижении поплавка с магнитом нижнего геркона SV2 он включается и на катушку реле P1 с другой стороны также подается положительный потенциал, ток перестает течь и реле P1 отключается. Это вызывает отсутствие тока в катушке силового реле P2 и как следствие прекращение подачи напряжения питания на электронасос.

Рис. 6 Поплавковые вертикальные датчики уровня воды

Аналогичная схема управления насосом, помещенная в шкаф управления, может быть использована при отслеживании уровня в емкости с жидкостью, если герконы поменять местами, то есть SV2 будет находиться вверху и отключать насос, а SV1 в глубине бака с водой его включать.

Датчики уровня могут быть использованы в быту для автоматизации процесса при заполнении больших емкостей водой при помощи водяных электронасосов. Наиболее просты в установке и эксплуатации герконовые виды, выпускаемые промышленностью в виде вертикальных поплавков на штангах и горизонтальных конструкций.

Магнитные (герконовые) сигнализаторы уровня (сигнализаторы уровня с плавающим магнитом и герконовыми реле) разработаны для использования в очищенных жидкостях, таких как вода, растворители, масла, различные виды топлива. Чувствительным элементом сигнализатора является поплавок с магнитом, перемещающийся по специальному стержню (зонду), в котором расположено несколько герконовых реле. Изменение уровня жидкости приводит к перемещению поплавка и срабатыванию соответствующих герконовых реле, формирующих выходной сигнал датчика.

Принципиальная схема магнитного сигнализатора уровня, поясняющая его принцип действия, представлена на рис. 7. Датчик состоит из чувствительного зонда с расположенными в нем герконовыми реле, поплавка с магнитом и электронного блока, в котором расположены клеммники [12].

Рис. 7. Поплавковый герконовый датчик уровня жидкости

Одним из важных элементов конструкции сигнализатора уровня является герконовое реле. Герконовое реле — электромеханическое устройство, замыкающее контакты при поднесении к нему постоянного магнита. Принцип действия герконового реле пояснен на рис. 8.

Поплавок сигнализатора уровня, следя за уровнем жидкости в емкости, вызывает срабатывание герконовых переключателей, установленных в направляющей трубке (зонде). При прохождении через герконовые переключатели поплавок изменяет их состояние, и они блокируются (замыкаются). При изменении уровня жидкости поплавок снова проходит по зонду через герконовые реле и деблокирует их (размыкает). В сигнализаторе уровня данного типа могут устанавливаться несколько герконовых выключателей, что дает возможность контролировать несколько положений уровня измеряемой среды в емкости.

Рис. 8. Принцип действия герконового реле

Сигнализатор уровня может иметь несколько поплавков с магнитами. Поочередное срабатывание герконовых реле при изменении уровня позволяет определять относительную степень заполненности резервуара. При срабатывании нижнего контакта определяется минимально допустимый уровень жидкости в резервуаре, при срабатывании верхнего — максимальный уровень.

Типичным применением поплавковых уровнемеров является измерение уровня топлива, масел, легких нефтепродуктов в относительно небольших емкостях и цистернах в процессе коммерческого учета. Метод явно неприменим только в вязких средах, образующих налипание, отложение осадка на поплавок, а также коррозию поплавка и других элементов конструкции [8J.

В зависимости от вида контролируемой жидкости возможны различные исполнения зондов:

• ? пластиковые для агрессивных кислот и щелочей;
• ? из нержавеющей стали для воды, масел и т.п.;
• ? из нержавеющей стали во взрывозащищенном исполнении для горючих жидкостей, таких как топливо, растворители, спирты.

Достоинства магнитных сигнализаторов уровня [8J:

• ? простой принцип действия;
• ? возможность контроля нескольких положений уровня;
• ? метод может применяться в случае пенящихся жидкостей;
• ? несложный монтаж;
• ? несложное техническое обслуживание.

Недостатки магнитных сигнализаторов уровня [8]:

• ? плавучесть зависит от размера поплавка;
• ? точки переключения зависят от плотности среды;
• ? ограниченная длина зонда (около 6 м);
• ? минимальная плотность контролируемой среды равна 0,7 г/см 3 ;
• ? можно использовать только в очищенных жидкостях.

На рис. 9 представлены промышленные многоконтактные сигнализаторы уровня жидкости производства «Uteco» и «Standex meder electronics».

Рис. 9. Поплавковые многоконтактные сигнализаторы уровня производства «Uteco» и «Standex meder electronics»

Магнитные поплавковые сигнализаторы уровня жидкости наиболее экономичные и неприхотливые приборы. Магнитные поплавковые датчики уровня подходят под любую систему управления и могут быть автономны.

Модели приборов и аналоги

Сводная таблица моделей магнитных поплавковых датчиков уровня жидкости:

Модель	Давление процесса	Температура процесса	Плотность жидкости	Нагрузочная способность	Особенности
Nivopoint	до 2,5 МПа (25 бар)	-40…+150°С	от 0,5 кг/литр	250В AC 3A на контакт по выключателям (макс. до 9А)	До 5 уровней, Ex-исполнение, уровень защиты IP65. Вертикальная установка
Nivomag	до 2,5 МПа (25 бар)	до +250°С	от 0,7 кг/литр	250В AC 10A 220В DC 0,6A	Ex-исполнение, защита от КЗ, уровень защиты IP68. Боковая установка
FineTekFF	до 40 бар	до +350°С	от 0,25 кг/литр	60Вт макс., 250В макс., 5A макс.	Ex-исполнение, высокотемпературное исполнение, исполнения для агрессивных сред. Боковая и вертикальная установка
FineTekFC	до 4 бар (избыточное), атмосферное	-20…+120°С	от 0,55 кг/литр	50Вт макс., 240В AC/200В DC макс., 0,5A макс., макс. проводимый ток 1А	Химически стойкие исполнения. Кабельное и разъемное соединение. Боковая и вертикальная установка
FineTekFD	до 30 бар	-20…+200°С	от 0,55 кг/литр	50Вт макс., 240В AC/200В DC макс., 0,5A макс., макс. проводимый ток 1А	Кабельное и разъемное соединение, в т.ч. быстроразъемное. Боковая и вертикальная установка.
FDMR	Атмосферное	до +100°С	0,5 кг/литр (исп.N5) 0,7 (исп.N8)	240В AC/200В DC макс., 0,5A макс.	Датчик затопления. Вертикальная установка

На все модели магнитных поплавковых датчиков уровня OEM скидки!

Некоторые модели совместно с барьером искрозащиты БИС-A-206-Ex могут применяться на взрывоопасных либо горючих жидкостях.

Области применения поплавковых магнитных датчиков уровня

Магнитные поплавковые датчики используются с жидкими продуктами в разных сферах:

• Нефтяная и топливная промышленность (масла и топливо, легкие нефтепродукты и т.п.)
• Пищевая промышленность (напитки, вода)
• Морское дело
• Строительство (растворы)
• ЖКХ (сточные воды, дождевая вода)
• Водоочистные станции
• Фармацевтика, химическая промышленность (кислоты, спирты и т.п.)
• Насосные системы
• САУ
• Коррозионные среды

Назначение поплавковых магнитных датчиков уровня

• Сигнализация о достижении жидким продуктом контрольных уровней в баках/цистернах/иных емкостях (предельные уровни, предотвращение аварий)
• Автономный мониторинг заполнения/опустошения резервуаров с выдачей электрического сигнала (как правило, замыкание релейного контакта) в СУ и к исполнительному механизму
• Защита электрооборудования, насосов от «сухого хода»
• Управление уровнем жидкости, автоматическое наполнение баков (+ возможны системы с множеством поплавков и сложными алгоритмами)

Преимущества

Основные достоинства магнитных поплавковых сигнализаторов уровня:

• Энергонезависимость, автономная работа
• Простота и надежность
• Не требуется калибровка
• Дешевизна

Недостатки

Недостатки, на которые нужно обращать внимание:

1. Непригодность для клейких жидкостей
2. Проблемная работа с плещущимися жидкостями
   Решение проблемы: в отдельных случаях ставится измерительная труба, либо выбираются приборы по типу магнитострикционных или байпасных.
3. Плавучесть зависит от поплавка
   Решение проблемы: подбирайте поплавки под наименьшую рабочую плотность жидкости.

Принцип работы магнитных поплавковых датчиков уровня

Поплавковые магнитные сигнализаторы уровня устроены просто. Рабочий принцип большинства из них заключается в том, что в подвижном элементе (поплавке) находится постоянный магнит, а в неподвижной части – геркон (рис. 1, схематично). Когда поплавок приближается к геркону за счет изменения уровня жидкости, контакты замыкаются. И наоборот. В некоторых датчиках используется кольцевой магнит (рис. 2).