Датчик давления для измерения уровня — это относительно недорогое и надежное решение. Правильный выбор и настройка датчиков давления позволяют эффективно снизить затраты на измерения.
Датчики давления для измерения уровня можно условно разделить на два типа: одни предназначены для измерения уровня жидкости в трубах, а другие — для измерения уровня жидкости в колодцах и реках.
Далее мы подробно рассмотрим их различия и как выбрать подходящий вариант.
Тот же принцип: гидростатическое давление уровня жидкости.
Датчик давления, установленный на уровне жидкости или вблизи него, измеряет статическое давление, создаваемое столбом жидкости над ним. Это давление пропорционально высоте столба жидкости, плотности среды и ускорению свободного падения. Формула хорошо известна:
P = ρ × г × час
Где P — избыточное давление (Па), ρ — плотность среды (кг/м³), g — ускорение свободного падения (9.81 м/с²), а h — высота столба жидкости (м).
Для воды комнатной температуры повышение высоты водяного столба на 1 метр соответствует приблизительно 9.81 кПа (приблизительно 0.1 бар, 1.42 psi, 40 дюймов водяного столба). Зная максимальную высоту, на которую может подняться жидкость в резервуаре, можно определить требуемую дальность действия передатчика.
| 1 = | ммH₂O | мH₂O | вH₂O | Pa | кПа | бар | мбар | фунтов на квадратный дюйм | мм рт.ст. | кгс / см² |
| 1 мм H₂O | 1 | 0.001 | 0.0394 | 9.807 | 0.0098 | 0.0000981 | 0.0981 | 0.001422 | 0.07356 | 0.0001 |
| 1 мH₂O | 1,000 | 1 | 39.37 | 9,806.65 | 9.807 | 0.09807 | 98.07 | 1.4223 | 73.56 | 0.1 |
| 1 дюйм H₂O | 25.4 | 0.0254 | 1 | 249.08 | 0.2491 | 0.002491 | 2.491 | 0.03613 | 1.868 | 0.00254 |
| 1 фут водяного столба | 304.8 | 0.3048 | 12 | 2,989 | 2.989 | 0.02989 | 29.89 | 0.4335 | 22.42 | 0.03048 |
| 1 Па | 0.10197 | 0.0001 | 0.004015 | 1 | 0.001 | 0.00001 | 0.01 | 0.000145 | 0.0075 | 0.0000102 |
| 1 кПа | 102 | 0.10197 | 4.015 | 1,000 | 1 | 0.01 | 10 | 0.14504 | 7.501 | 0.0102 |
| 1 МПа | 102,000 | 102 | 4,015 | 1,000,000 | 1,000 | 10 | 10,000 | 145.04 | 7,501 | 10.197 |
| 1 бар | 10,197 | 10.197 | 401.5 | 100,000 | 100 | 1 | 1,000 | 14.504 | 750.06 | 1.0197 |
| 1 мбар | 10.197 | 0.0102 | 0.4015 | 100 | 0.1 | 0.001 | 1 | 0.0145 | 0.7501 | 0.00102 |
| 1 PSI | 703.07 | 0.7031 | 27.68 | 6,894.76 | 6.895 | 0.06895 | 68.95 | 1 | 51.715 | 0.07031 |
| 1 мм рт. ст. (Торр) | 13.595 | 0.0136 | 0.5353 | 133.32 | 0.1333 | 0.001333 | 1.333 | 0.01934 | 1 | 0.001359 |
| 1 атм | 10,332 | 10.332 | 406.8 | 101,325 | 101.325 | 1.01325 | 1,013.25 | 14.696 | 760 | 1.0332 |
| 1 кгс/см² | 10,000 | 10 | 393.7 | 98,066.50 | 98.07 | 0.9807 | 980.7 | 14.223 | 735.56 | 1 |
Исходя из этого принципа, «гидростатический датчик уровняПо сути, это датчик давления с подходящим диапазоном действия и способом установки.
2 типа датчиков давления для измерения уровня
Исходя из вышеописанного принципа, для определения давления на дне жидкости датчик давления должен находиться в контакте с дном жидкости. Ниже приведены два распространенных режима работы и метода измерения:
1. Измерение уровня давления на дне резервуара.
В открытых резервуарах датчик давления можно установить непосредственно на дне резервуара для измерения давления.
Датчики давления могут быть сконфигурированы с резьбовым, зажимным или фланцевым креплением, что обеспечивает гибкие возможности индивидуальной настройки. Например, фланцы можно настроить с помощью серии Rosemount 1199.
Для вязких или коррозионных веществ можно использовать материалы, контактирующие с жидкостью, такие как хастеллой, монель и ПТФЭ. Поэтому использование датчика давления для измерения уровня жидкости в открытых резервуарах является хорошим решением.
Наши интеллектуальные датчики давления и уровня могут отображать давление, уровень и процентные значения.
Для герметичных или вакуумных резервуаров выбор датчика уровня перепада давления должен зависеть от условий эксплуатации. См. также нашу другую статью в блоге: «Преобразователь уровня дифференциального давления», для введения.
2. Измерение уровня давления в скважинах или под водой.
Другой вариант — полностью погрузить датчик давления под воду. Статическое давление, создаваемое жидкостью, передается на датчик через зонд, а затем сигнал давления передается на дисплей по газовому кабелю. Это позволяет рассчитывать уровень жидкости и выдавать сигналы, такие как 4-20 мА и 0-10 В.
К его преимуществам относится простота установки, не требующая существенных изменений в конструкции контейнера, что делает его особенно подходящим для открытых емкостей, резервуаров для хранения и бассейнов.
Он обладает широким диапазоном измерений, охватывающим уровни жидкости от десятков сантиметров до 2000 метров. Погружные уровнемеры наиболее широко используются, особенно в глубоких скважинах большого диаметра.
Она обладает высокой адаптивностью; некоторые специально защищенные модели (например, коррозионностойкие и взрывозащищенные) могут использоваться в суровых условиях, таких как химическая и металлургическая промышленность.
Однако при использовании в вязких жидкостях или жидкостях, содержащих большое количество взвешенных твердых частиц, необходимо соблюдать осторожность, чтобы предотвратить засорение зонда и избежать снижения точности измерений.
Руководство по выбору
Таким образом, эффективное измерение уровня давления может быть выполнено только при правильном выборе параметров конфигурации.
Короче говоря, вам необходимо рассмотреть следующие пункты в указанном порядке:
- Определите условия эксплуатации: измеряется ли уровень воды в колодце или в открытом резервуаре?
- Способ установки: погружная установка или крепление на дне резервуара?
- Габариты установки: По умолчанию для погружного монтажа используется резьбовое крепление G1, но возможен и фланцевый монтаж. Для донных креплений на резервуаре также можно использовать резьбу, зажимы или фланцы.
- Средние химические свойства: это холодная вода, химическая жидкость или масло, работающее при высоких температурах? Является ли оно коррозионным, и какова его вязкость?
- Средняя температура
- Диапазон измерения
- Конфигурация кабеля: Особенно для погружных уровнемеров, диапазон измерения и требования к кабелю иногда не совпадают.
- Локальный дисплей: Рекомендуется настроить интеллектуальный локальный цифровой дисплей. Это позволит настраивать единицы измерения, диапазон измерения и другие параметры.
- Выходной сигнал: В зависимости от требований управления проектом, настройте 4-20 мА, 0-10 В, RS485 или HART.
- Требования к точности: Стандартная точность составляет 0.5% от полной шкалы. Высокая точность может быть установлена на уровне 0.1% от полной шкалы или 0.075% от полной шкалы.
Быстрый выбор в зависимости от типа и объема резервуара:
Выбор диапазона: 90% ошибок начинаются здесь.
Мы слишком часто сталкивались с подобной ситуацией на практике: инженер устанавливает датчик давления 0–2 бар на резервуар с водой высотой 2 метра. Давайте посчитаем:
| Товар | Значение |
| Максимальный уровень жидкости в резервуаре | 2 м водяного столба |
| Статическое давление при полном уровне жидкости | ~0.196 бар |
| Диапазон передатчика | 0–2 бар (4–20 мА) |
| Выходной ток при полном уровне жидкости | ~5.6 мА |
| Фактический диапазон сигнала | 4 → 5.6 мА = всего 10% от полной шкалы |
Использование диапазона на уровне 10% значительно снизит разрешение. Правильный подход заключается в выборе датчика давления с диапазоном, близким к максимальному технологическому давлению. Для резервуара с водой объемом 2 м³ следует выбрать диапазон 0–0.2 бар (или 0–80 дюймов водяного столба, 0–20 кПа). Это обеспечит полный охват уровня на глубине 2 метра в диапазоне 4–20 мА, а 10-битный АЦП даст разрешение лучше 2 мм.
Мы рекомендуем обеспечить, чтобы максимальное технологическое давление находилось в пределах 70–100% от диапазона действия датчика.
Выбран неверный диапазон измерений: два решения для исправления ситуации.
Если вы уже приобрели передатчик с чрезмерно большим диапазоном измерений или унаследовали существующую систему, вы можете попробовать следующие два метода:
Решение 1: Перепланировка
Большинство интеллектуальных передатчиков позволяют перенастроить выходной сигнал 4–20 мА на более узкий диапазон, чем максимальный. В качестве примера возьмем передатчик с диапазоном 0–2 бар, упомянутый ранее: вы можете настроить его так, чтобы 4 мА = 0 бар и 20 мА = 0.2 бар, что позволит установить выходной сигнал в пределах требуемого диапазона.
Тебе понадобится:
- Портативное устройство HART или модем HART + программное обеспечение для ПК.
- В комплект передатчика входит локальная настройка кнопок (у многих умных передатчиков кнопки расположены под крышкой).
- Бесплатная программа для настройки USB, предоставляемая производителем.
Разумеется, большинство недорогих датчиков давления с «заводским фиксированным диапазоном» нельзя перенастроить.
Вариант второй: масштабирование в программном обеспечении ПЛК
Если оборудование стационарное и его невозможно перенастроить, линейную компенсацию можно выполнить в программе ПЛК. Rockwell Studio 5000 использует инженерные единицы измерения, Siemens TIA — NORM_X / SCALE_X, а платформа IEC 61131 использует блок SCALE для сопоставления измеренного исходного диапазона (например, 4.0–5.6 мА → 10-битный счетчик АЦП 819–1146) с инженерным диапазоном (0–2 метра).
Этот метод не восстанавливает аппаратное разрешение. Однако, по крайней мере, система SCADA может отображать правильные инженерные единицы измерения, а также можно реализовать функции построения графиков и оповещения. Это лишь временное решение, а не панацея.
Техподдержка
Датчики давления уровня воды
Измерение уровня в резервуарах с помощью датчиков давления/датчиков перепада давления
Магнитный поплавковый уровнемер: принцип работы и типы
Датчики уровня порошкообразных/сухих материалов – список и выбор продукции.
Выберите цифровой датчик давления воды для лучшего контроля.
Что такое динамический датчик давления? В отличие от статического.
Датчики давления и уровня Sino-Inst охватывают все вышеупомянутые условия эксплуатации. Они могут быть сконфигурированы с выходом 4-20 мА + HART, поддерживают заводскую или полевую калибровку диапазона и оснащены стандартным источником питания 24 В постоянного тока.
В ходе реальных испытаний, проведенных нашими клиентами, продукция серии SI-LT, как правило, позволяет сэкономить 60-80% средств по сравнению с аналогичными европейскими и американскими брендами, при этом существенных различий в производительности не наблюдается.
Мы поддерживаем индивидуальную настройку диапазона измерений, материала, габаритов установки и других подробных параметров. Пожалуйста, свяжитесь с нами, чтобы заказать датчик давления для измерения уровня с индивидуальной настройкой.
Чжан Вэй обладает 20-летним опытом работы инженером по автоматизированному контрольно-измерительному оборудованию, специализируясь на исследованиях, проектировании, установке, вводе в эксплуатацию и техническом обслуживании автоматизированных приборов.
Обладает опытом работы с различными протоколами связи приборов (такими как Modbus, Profibus и др.), имеет солидный опыт проектирования аппаратных схем и программирования программного обеспечения (владеет языком C и программированием ПЛК). Имеет обширный опыт работы над проектами; проекты, в которых он руководил и в которых принимал участие, достигли выдающихся результатов, повысив точность продукции, снизив затраты и увеличив эффективность производства.
Обладает превосходными коммуникативными и координационными навыками, а также сильным командным духом, что позволяет ему оперативно реагировать на потребности клиентов и предоставлять высококачественные решения в области автоматизации и контрольно-измерительной аппаратуры.