Простой уровнемер

Измерение уровня жидкости в цистернах — это непростая задача, для решения которой исполь­зуют специальные метрштоки или ультразвуко­вые либо поплавковые уровнемеры. В статье описывается простой поплавковый уровнемер с использованием герконового датчика уровня.

Как правило, при расчете количества жидких веществ в железнодорожных цистернах и других горизонтальных цилиндрических емкостях ис­пользуются специальные таблицы калибровки, где приводятся данные об объемах жидкости (в литрах), соответствующих уровню жидкости в ци­стерне (в сантиметрах от днища). Замер уровня

производится специальными метрштоками с ценой деле­ния 1 см. Исходя из этого, можно сделать вывод, что для практических целей часто до­статочно иметь уровнемер, способный замерять уровень с ценой деления (т.е. с точно­стью) не ниже 1 см и снабжен­ный удобным для считывания показаний индикатором.

Предлагается простая кон­струкция уровнемера с циф­ровой индикацией, которая может быть выполнена также в виде приставки к цифрово­му мультиметру.

В состав комплекта уровнемера входит:

• датчик уровня с поплавком;
• стабилизированный источник постоянного тока;
• регулятор напряжения питания датчика уровня;
• блок цифровой индикации (цифровой мульти­метр или цифровой вольтметр).

Предлагаемая схема уровнемера показана на рис.1.

Рис. 1

Принцип работы уровнемера

В зависимости от размеров хранилища жид­кости и рабочего интервала уровнемера выбира­ют длину и диаметр корпуса датчика. Материал корпуса зависит от свойств и температуры измеряемой жидкости. Для замера уровня коррозионно-активных продуктов в качестве материала корпуса и по­плавка должны быть использованы устойчивые к кор­розии материалы, например нержаве­ющая сталь, с обя­зательным услови­ем отсутствия у них магнитных свойств.

Внутри корпуса датчика уровня на узкой и длинной пе­чатной плате смонтированы ре­зисторы и герконы. Длина кор­пуса и платы зависит от изме­ряемого (рабочего) интервала уровнемера. Шаг, с которым распаяны резисторы и герконы, зависит от линейных размеров герконов и требуемой точности уровнемера. Для повышения разрешающей способности датчика герконы могут быть распаяны в два, три или более ряда с необходимым смещени­ем относительно друг друга. Все резисторы, расположен­ные в датчике, одного номина­ла (прецизионные с точностью не хуже ±1 %) соединены последовательно друг с другом (шлейфом). Начало и конец шлейфа выведены на клеммную колодку датчика. Герконы (одного типа и размера) подсо­единены одним концом к общему проводнику, ко­нец которого также выведен на клеммную колодку. Вторым концом каждый из герконов подсое­динен к соответствующей точке соединения двух рядом стоящих резисторов.

Поплавок и датчик

Поплавок уровнемера (рис.2) также выполнен из немагнитного материала. Размеры поплавка должны обеспечивать запас плавучести в измеряемой среде. Внутри корпуса поплавка закреп­лен отрезок тонкостенной трубы (направляю­щая). На дне корпуса поплавка (на трубе) закреп­лен кольцевой магнит. При отсутствии подходя­щего по размерам кольцевого магнита его можно заменить одним или несколькими магнитами другой формы. Герметичность поплавка обеспе­чивается сваркой, пайкой или другими способа­ми. Размеры поплавка и размеры кольцевого магнита зависят от диаметра корпуса датчика, диаметра штуцера емкости и свойств жидкости, уровень которой измеряется.

Рис. 2

При движении поплавка по корпусу датчика в результате перемещения магнитного поля коль­цевого магнита одни из герконов замыкаются, а другие размыкаются. Если к выводам шлейфа по­следовательно соединенных резисторов прило­жить стабилизированное напряжение определенной величины (в зависимости от измеряемого интервала), то с общего про­вода снимается часть на­пряжения, пропорциональная уровню измеря­емой жидкости. Иначе говоря, датчик уровня, представляет делитель напряжения, управляе­мый магнитным полем кольцевого магнита поплавка. Фрагмент пе­чатной платы одного из вариантов датчика (ши­рина платы 13 мм, герконы типа КЭМ-2) показан на рис.3.

Рис. 3

Напряжение на выходе датчика уровня заме­ряется цифровым вольтметром или мультимет­ром со светодиодным или жидкокристалличес­ким индикатором.

Настройка уровнемера

Она сводится к правильной установке платы с герконами, фиксации и герметизации ее внутри корпуса датчика и самого датчика внутри храни­лища. Затем производится установка величины напряжения на входе в датчик (резистором R1) или (при большой длине соединительной линии датчика) производится калибровка цифрового вольтметра.

При необходимости замера уровня в хранили­щах легковоспламеняющихся жидкостей приме­няются меры по предотвращению искрообразования в зонах повышенной опасности. Напряжение питания датчика уровня может быть выбрано в безопасных для человека пределах (2…12 В).

Если несколько герконов (1-3 шт.) заменить переключающимися (например, типа КЭМ-3), расположив их в нижней и верхней части датчика, и вывести выводы от контактов (НЗ) этих герко­нов отдельно на клеммную колодку, то датчик можно использовать в схемах автоматики для сигнализации предельно-допустимого нижнего и верхнего уровней жидкости.

Автор: Александр Радченко, г. Горловка
Источник: Радиоаматор №1/2017